JP6027947B2 - Manipulator system - Google Patents

Manipulator system Download PDF

Info

Publication number
JP6027947B2
JP6027947B2 JP2013155882A JP2013155882A JP6027947B2 JP 6027947 B2 JP6027947 B2 JP 6027947B2 JP 2013155882 A JP2013155882 A JP 2013155882A JP 2013155882 A JP2013155882 A JP 2013155882A JP 6027947 B2 JP6027947 B2 JP 6027947B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
treatment instrument
unit
bending
compensation value
channel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2013155882A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2015024033A (en
JP2015024033A5 (en
Inventor
直也 畠山
直也 畠山
浩志 若井
浩志 若井
雅敏 飯田
雅敏 飯田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Corp filed Critical Olympus Corp
Priority to JP2013155882A priority Critical patent/JP6027947B2/en
Priority to EP14830359.7A priority patent/EP3025675B1/en
Priority to PCT/JP2014/068754 priority patent/WO2015012150A1/en
Priority to CN201480041043.2A priority patent/CN105392442B/en
Publication of JP2015024033A publication Critical patent/JP2015024033A/en
Priority to US15/001,509 priority patent/US20160135662A1/en
Publication of JP2015024033A5 publication Critical patent/JP2015024033A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6027947B2 publication Critical patent/JP6027947B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/00147Holding or positioning arrangements
    • A61B1/0016Holding or positioning arrangements using motor drive units
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/00002Operational features of endoscopes
    • A61B1/00004Operational features of endoscopes characterised by electronic signal processing
    • A61B1/00006Operational features of endoscopes characterised by electronic signal processing of control signals
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/00002Operational features of endoscopes
    • A61B1/00039Operational features of endoscopes provided with input arrangements for the user
    • A61B1/00042Operational features of endoscopes provided with input arrangements for the user for mechanical operation
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/00002Operational features of endoscopes
    • A61B1/00057Operational features of endoscopes provided with means for testing or calibration
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/00131Accessories for endoscopes
    • A61B1/00133Drive units for endoscopic tools inserted through or with the endoscope
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/00131Accessories for endoscopes
    • A61B1/00135Oversleeves mounted on the endoscope prior to insertion
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/00147Holding or positioning arrangements
    • A61B1/00149Holding or positioning arrangements using articulated arms
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/005Flexible endoscopes
    • A61B1/0051Flexible endoscopes with controlled bending of insertion part
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/005Flexible endoscopes
    • A61B1/009Flexible endoscopes with bending or curvature detection of the insertion part
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30Surgical robots
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30Surgical robots
    • A61B34/37Master-slave robots
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/90Identification means for patients or instruments, e.g. tags
    • A61B90/94Identification means for patients or instruments, e.g. tags coded with symbols, e.g. text
    • A61B90/96Identification means for patients or instruments, e.g. tags coded with symbols, e.g. text using barcodes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J18/00Arms
    • B25J18/06Arms flexible
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16Programme controls
    • B25J9/1679Programme controls characterised by the tasks executed
    • B25J9/1689Teleoperation
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30Surgical robots
    • A61B2034/301Surgical robots for introducing or steering flexible instruments inserted into the body, e.g. catheters or endoscopes
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/90Identification means for patients or instruments, e.g. tags
    • A61B90/98Identification means for patients or instruments, e.g. tags using electromagnetic means, e.g. transponders

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Manipulator (AREA)
  • Endoscopes (AREA)

Description

本発明は、マニピュレータシステムに関するものである。   The present invention relates to a manipulator system.

一般に、内視鏡の挿入部には、長手方向に貫通形成された処置具用のチャネルが設けられ、このチャネル内を介して患部の処置に必要な処置具を体内に案内することができるようになっている。また、チャネル内の処置具は、操作者が操作指示装置を操作することによって、進退および回転可能になっている(例えば、特許文献1参照。)。   In general, an insertion portion of an endoscope is provided with a channel for a treatment tool that is formed to penetrate in the longitudinal direction, and a treatment tool necessary for treatment of an affected area can be guided into the body through the channel. It has become. Further, the treatment instrument in the channel can be advanced / retracted and rotated by the operator operating the operation instruction device (see, for example, Patent Document 1).

処置具を進退および回転させるための機構として、処置具の基端部分を電動のモータによって前後方向に押し引きし、また、周方向に回転させる方式が採用されている。操作指示装置に入力された操作量に比例する量だけモータを回転させることによって、操作量に対応する量だけ、処置具を進退および回転させることができる。   As a mechanism for advancing and retracting and rotating the treatment instrument, a system is adopted in which the proximal end portion of the treatment instrument is pushed and pulled in the front-rear direction by an electric motor and is rotated in the circumferential direction. By rotating the motor by an amount proportional to the operation amount input to the operation instruction device, the treatment instrument can be advanced / retreated and rotated by an amount corresponding to the operation amount.

しかし、実際には、処置具とチャネルの内面との間の摩擦やチャネル内における処置具の弛み等によって、処置具の基端部分に加えられた進退運動および回転運動は、処置具の先端まで伝達される間に減衰する。すなわち、モータによって処置具の基端部分に与えられた進退量・回転量と、処置具の先端の進退量・回転量とは、非線形の関係にある。さらに、この非線形性は、挿入部の湾曲形状に依存して変化する。したがって、モータの回転量を単に操作量に比例させていたのでは、操作者の操作に対して、処置具の良好かつ同一の応答性を得ることができない。そこで、特許文献1では、処置具の動作の応答性を低下させる要因である湾曲部の湾曲形状に基づき、湾曲部の応答性の低下およびばらつきを補償するようにモータを制御することによって、上記応答性の改善を図っている。   However, in actuality, the forward and backward movement and the rotational motion applied to the proximal end portion of the treatment instrument due to friction between the treatment instrument and the inner surface of the channel, loosening of the treatment instrument in the channel, etc., reach the tip of the treatment instrument Attenuates while transmitted. That is, the advance / retreat amount / rotation amount given to the proximal end portion of the treatment instrument by the motor and the advance / retreat amount / rotation amount of the distal end of the treatment instrument have a non-linear relationship. Furthermore, this nonlinearity changes depending on the curved shape of the insertion portion. Therefore, if the rotation amount of the motor is simply proportional to the operation amount, it is not possible to obtain good and identical responsiveness of the treatment tool with respect to the operation of the operator. Therefore, in Patent Document 1, based on the curved shape of the bending portion, which is a factor that decreases the responsiveness of the operation of the treatment tool, the motor is controlled to compensate for the decrease in the responsiveness and variation of the bending portion, thereby Improving responsiveness.

特開2007−89808号公報JP 2007-89808 A

しかしながら、処置具の動作の応答性を低下させる要因は、上記の湾曲部の湾曲形状以外にも存在する。したがって、特許文献1のように、湾曲部の湾曲形状のみを考慮していたのでは、処置具の動作の応答性の向上に限界があるという問題がある。   However, factors that reduce the responsiveness of the operation of the treatment tool exist in addition to the curved shape of the bending portion. Therefore, if only the curved shape of the bending portion is considered as in Patent Document 1, there is a problem in that there is a limit in improving the response of the operation of the treatment instrument.

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、処置具の動作の応答性の低下およびばらつきを高精度に補償して常に良好かつ同一の応答性を得ることができるマニピュレータシステムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and provides a manipulator system capable of always obtaining good and identical responsiveness by compensating with high accuracy the reduction and variation in responsiveness of the operation of the treatment instrument. The purpose is to provide.

上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、長手方向に貫通形成された複数のチャネルを有する細長い挿入部と、該挿入部の前記チャネル内に挿入される処置具と、前記チャネル内において前記処置具に進退および回転のうち少なくとも一方の動作をさせる処置具駆動部とを有するマニピュレータと、前記処置具に対する操作指示が操作者によって入力される操作入力部と、該操作入力部に入力された前記操作指示に従って、前記処置具駆動部を駆動させるための制御信号を生成する制御部と、前記複数のチャネルのうち、前記処置具が挿入されているチャネルを検出する使用チャネル検出部と、該使用チャネル検出部によって検出されたチャネルに基づいて、前記制御信号に対する補償値を設定する補償値設定部とを備え、前記制御部が、前記制御信号を、前記補償値設定部によって設定された前記補償値を用いて補正し、補正された前記制御信号を前記処置具駆動部に送信するマニピュレータシステムを提供する。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
The present invention relates to an elongated insertion portion having a plurality of channels penetrating in the longitudinal direction, a treatment instrument inserted into the channel of the insertion portion, and at least of the advancement / retraction and rotation of the treatment instrument within the channel A manipulator having a treatment instrument drive section for performing one operation; an operation input section for inputting an operation instruction to the treatment instrument by an operator; and the treatment instrument drive according to the operation instruction input to the operation input section A control unit that generates a control signal for driving the unit, a use channel detection unit that detects a channel in which the treatment instrument is inserted among the plurality of channels, and a channel detected by the use channel detection unit A compensation value setting unit that sets a compensation value for the control signal based on the control signal, the control unit sets the compensation value to the compensation value setting Using the set the compensation value to correct by providing a manipulator system for transmitting a corrected said control signal to said surgical instrument drive unit.

本発明によれば、操作者が操作入力部に操作指示を入力すると、制御部が、この操作指示から生成した制御信号を処置具駆動部に送信することによって、処置具が操作指示に対応する進退および回転のうち少なくとも一方の動作を行う。これにより、例えば、挿入部のチャネルを介して体内に配置された処置具を、体外に配置された操作入力部を用いて遠隔操作することができる。   According to the present invention, when an operator inputs an operation instruction to the operation input unit, the control unit transmits a control signal generated from the operation instruction to the treatment instrument drive unit, so that the treatment tool corresponds to the operation instruction. At least one of forward / backward and rotational movement is performed. Thereby, for example, the treatment tool arranged inside the body via the channel of the insertion unit can be remotely operated using the operation input unit arranged outside the body.

この場合に、制御部は、制御信号を、補償値設定部によって設定された補償値を用いて補正した後に湾曲部駆動部に送信する。操作信号に対する処置具の動作の応答性は、チャネル毎の特性、例えば、内径や内面の摩擦係数等に依存する。補償値は、使用チャネル検出部によって検出された、処置具が挿入されているチャネルに基づいて設定されている。これにより、処置具の動作の応答性の低下およびばらつきを高精度に補償して常に良好かつ同一の応答性を得ることができる。   In this case, the control unit corrects the control signal using the compensation value set by the compensation value setting unit, and then transmits the control signal to the bending unit driving unit. The responsiveness of the operation of the treatment tool with respect to the operation signal depends on the characteristics of each channel, for example, the inner diameter and the friction coefficient of the inner surface. The compensation value is set based on the channel in which the treatment tool is inserted, which is detected by the used channel detection unit. As a result, it is possible to always obtain good and identical responsiveness by compensating with high accuracy the reduction and variation in responsiveness of the operation of the treatment instrument.

上記発明においては、各前記チャネル内に挿入されている前記処置具を識別する処置具識別部を備え、前記補償値設定部が、前記処置具識別部によって識別された処置具の力学的特性にさらに基づいて、各前記補償値を設定してもよい。
このようにすることで、処置具の応答性は、その処置具が有する力学的特性にも依存する。したがって、処置具の力学的特性も補償値に反映することによって、処置具の応答性の低下およびばらつきをさらに高精度に補償することができる。
In the above-described invention, a treatment instrument identification unit that identifies the treatment instrument inserted in each channel is provided, and the compensation value setting unit has a mechanical characteristic of the treatment instrument identified by the treatment instrument identification unit. Further, each compensation value may be set based on the above.
By doing so, the responsiveness of the treatment tool also depends on the mechanical characteristics of the treatment tool. Therefore, by reflecting the mechanical characteristics of the treatment instrument in the compensation value, it is possible to compensate for the reduction and variation in the responsiveness of the treatment instrument with higher accuracy.

また、上記発明においては、前記挿入部が、可撓性を有する細長い軟性部と、該軟性部の先端側に設けられた湾曲可能な湾曲部とを備え、該湾曲部の湾曲形状を検出する湾曲部形状検出部を備え、前記補償値設定部が、前記湾曲部形状検出部によって検出された前記湾曲部の湾曲形状にさらに基づいて、各前記補償値を設定してもよい。
このようにすることで、処置具の応答性は、湾曲部の湾曲形状にも依存する。したがって、湾曲部の湾曲形状も補償値に反映することによって、処置具の応答性の低下およびばらつきをさらに高精度に補償することができる。
Moreover, in the said invention, the said insertion part is equipped with the elongate soft part which has flexibility, and the bending part which can be bent provided in the front end side of this soft part, and detects the curve shape of this bending part A bending portion shape detection unit may be provided, and the compensation value setting unit may set each compensation value further based on the bending shape of the bending portion detected by the bending portion shape detection unit.
By doing in this way, the responsiveness of the treatment tool also depends on the curved shape of the bending portion. Therefore, by reflecting the curved shape of the curved portion in the compensation value, it is possible to compensate for a reduction in responsiveness and variation of the treatment instrument with higher accuracy.

また、上記発明においては、前記挿入部が、可撓性を有する細長い軟性部と、該軟性部の先端側に設けられた湾曲可能な湾曲部とを備え、前記軟性部の湾曲形状を検出する軟性部形状検出部を備え、前記補償値設定部が、前記軟性部形状検出部によって検出された前記軟性部の湾曲形状にさらに基づいて、各前記補償値を設定してもよい。
このようにすることで、処置具の応答性は、軟性部の湾曲形状にも依存する。したがって、軟性部の湾曲形状も補償値に反映することによって、処置具の応答性の低下およびばらつきをさらに高精度に補償することができる。
In the above invention, the insertion portion includes a long and narrow flexible portion having flexibility and a bendable bending portion provided on the distal end side of the soft portion, and detects the bending shape of the soft portion. A soft part shape detection part may be provided, and the compensation value setting part may set each compensation value further based on the curved shape of the soft part detected by the soft part shape detection part.
By doing so, the responsiveness of the treatment instrument also depends on the curved shape of the soft part. Therefore, by reflecting the curved shape of the soft part in the compensation value, it is possible to compensate for a decrease in responsiveness and variation of the treatment instrument with higher accuracy.

また、上記発明においては、前記処置具の、前記挿入部から外部に引き出された基端側の部分の湾曲形状を検出する体外部分形状検出部を備え、前記補償値設定部が、前記体外部分形状検出部によって検出された前記処置具の基端側の部分の湾曲形状にさらに基づいて、各前記補償値を設定してもよい。
このようにすることで、処置具の応答性は、挿入部の外部に位置する基端側の部分の湾曲形状にも依存する。したがって、処置具の基端側の部分の湾曲形状も補償値に反映することによって、処置具の応答性の低下およびばらつきをさらに高精度に補償することができる。
Further, in the above invention, the apparatus further comprises an extracorporeal part shape detecting unit that detects a curved shape of a proximal end part drawn out from the insertion part to the outside, and the compensation value setting unit includes the extracorporeal part. Each of the compensation values may be set based on the curved shape of the proximal end portion of the treatment instrument detected by the shape detection unit.
By doing so, the responsiveness of the treatment instrument also depends on the curved shape of the proximal end portion located outside the insertion portion. Therefore, by reflecting the curved shape of the proximal end portion of the treatment instrument in the compensation value, it is possible to compensate for a decrease in responsiveness and variation of the treatment instrument with higher accuracy.

また、上記発明においては、前記チャネルが、前記挿入部内に長手方向に沿って配置されたチューブからなり、該チューブは、前記挿入部内における径方向の位置が固定されていてもよい。
このようにすることで、処置具の応答性のばらつきの要因である処置具に発生する摩擦や弛み等のばらつきは、挿入部内を通る処置具の経路に依存する。挿入部内におけるチューブの径方向の位置を固定して処置具の経路を規定することで、前記摩擦や弛みのばらつきを低減し、補償値による、処置具の応答性の低下およびばらつきの補償精度を向上することができる。
Moreover, in the said invention, the said channel consists of a tube arrange | positioned along the longitudinal direction in the said insertion part, The position of the radial direction in the said insertion part may be fixed to this tube.
By doing so, variations such as friction and looseness that occur in the treatment tool, which is a cause of variation in response of the treatment tool, depend on the path of the treatment tool that passes through the insertion portion. By fixing the radial position of the tube in the insertion section and defining the path of the treatment tool, the variation of the friction and the slack is reduced, and the responsiveness of the treatment tool is reduced by the compensation value and the compensation accuracy of the dispersion is improved. Can be improved.

また、上記発明においては、前記制御部が、前記処置具駆動部をフィードフォワード制御またはフィードバック制御し、前記補償値設定部は、前記制御部が前記フィードフォワード制御またはフィードバック制御に用いるゲインを前記補償値としてもよい。
このようにすることで、処置具の応答性の低下およびばらつきを簡便な制御方法を利用して補償することができる。
In the above invention, the control unit performs feedforward control or feedback control on the treatment instrument drive unit, and the compensation value setting unit compensates for a gain used by the control unit for the feedforward control or feedback control. It may be a value.
By doing so, it is possible to compensate for a decrease and variation in responsiveness of the treatment instrument using a simple control method.

また、上記発明においては、前記制御部が、オフセット信号を重畳した前記制御信号を前記処置具駆動部に送信し、前記補償値設定部は、前記処置具の動作の方向が逆方向に切り替わるときに符号が反転する前記オフセット信号を各前記補償値として設定してもよい。
このようにすることで、処置具の動作の方向が反転する際に生じるバックラッシを効果的に解消することができる。
In the above invention, the control unit transmits the control signal on which the offset signal is superimposed to the treatment instrument driving unit, and the compensation value setting unit is configured to switch the direction of operation of the treatment instrument in the reverse direction. The offset signal whose sign is inverted may be set as each compensation value.
By doing in this way, the backlash which arises when the direction of operation of a treatment implement reverses can be canceled effectively.

本発明によれば、処置具の動作の応答性の低下およびばらつきを高精度に補償して常に良好かつ同一の応答性を得ることができるという効果を奏する。   According to the present invention, there is an effect that it is possible to always obtain a good and identical responsiveness by compensating with high accuracy a decrease and variation in the responsiveness of the operation of the treatment instrument.

本発明の第1の実施形態に係るマニピュレータシステムの基本構成を示す外観図である。It is an external view which shows the basic composition of the manipulator system which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 図1のマニピュレータシステムが備える挿入部の先端部分の構成を示す外観図である。It is an external view which shows the structure of the front-end | tip part of the insertion part with which the manipulator system of FIG. 1 is provided. 図1のマニピュレータシステムの全体構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the whole structure of the manipulator system of FIG. 図1のマニピュレータシステムが備える挿入部の全体構成を示す外観図である。It is an external view which shows the whole structure of the insertion part with which the manipulator system of FIG. 1 is provided. 図4の湾曲部を湾曲させる機構を示す構成図である。It is a block diagram which shows the mechanism in which the bending part of FIG. 4 is bent. 処置具用のチャネルの構成を示す挿入部の側面図である。It is a side view of the insertion part which shows the structure of the channel for treatment tools. 図1のマニピュレータシステムが備える処置具の全体構成を示す図である。It is a figure which shows the whole structure of the treatment tool with which the manipulator system of FIG. 1 is provided. 本発明の第2の実施形態に係るマニピュレータシステムの全体構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the whole structure of the manipulator system which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 図8の制御部が保持するFFゲインのテーブルである。It is a table of FF gain which a control part of Drawing 8 holds. 本発明の第3の実施形態に係るマニピュレータシステムの全体構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the whole structure of the manipulator system which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 図10の制御部が保持するFFゲインのテーブルである。11 is a table of FF gains held by the control unit of FIG. 湾曲部の湾曲角度と、各チャネルの曲げ半径との関係を説明する、湾曲部の側面図である。It is a side view of a bending part explaining the relationship between the bending angle of a bending part, and the bending radius of each channel. 湾曲部の湾曲方向と、各チャネルの曲げ半径との関係を説明する、湾曲部の側面図である。It is a side view of a bending part explaining the relationship between the bending direction of a bending part, and the bending radius of each channel. 湾曲部の湾曲方向と、2つのチャネルの位置との関係を説明する、挿入部の正面図である。It is a front view of an insertion part explaining the relationship between the bending direction of a bending part, and the position of two channels. 本発明の第4の実施形態に係るマニピュレータシステムの全体構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the whole structure of the manipulator system which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 図15の軟性部形状検出部による特徴量kの算出方法を説明する図であり、(a)軟性部形状検出部によって検出された軟性部の湾曲形状を示す図と、(b)微小区間の変数を示す図ある。It is a figure explaining the calculation method of the feature-value k by the soft part shape detection part of FIG. 15, (a) The figure which shows the curved shape of the soft part detected by the soft part shape detection part, (b) It is a figure which shows a variable. 図15の制御部が保持するFFゲインのテーブルである。16 is a table of FF gains held by the control unit of FIG. 本発明の第5の実施形態に係るマニピュレータシステムの全体構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the whole structure of the manipulator system which concerns on the 5th Embodiment of this invention. 図18の制御部が保持するFFゲインのテーブルである。It is a table of FF gain which a control part of Drawing 18 holds. 本発明の第6の実施形態に係るマニピュレータシステムの全体構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the whole structure of the manipulator system which concerns on the 6th Embodiment of this invention. 図20のマニピュレータシステムが備える挿入部の先端部分の構成を示す外観図である。It is an external view which shows the structure of the front-end | tip part of the insertion part with which the manipulator system of FIG. 20 is provided. 図20の制御部が保持するFFゲインのテーブルである。It is a table of FF gain which a control part of Drawing 20 holds.

(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態に係るマニピュレータシステム100について図1から図7を参照して説明する。
まず、本実施形態に係るマニピュレータシステム100の概要について説明する。本実施形態に係るマニピュレータシステム100は、図1に示すように、スレーブマニピュレータ(マニピュレータ)1と、術者(操作者)Opによって操作されるマスタ入力部(操作入力部)2と、該マスタ入力部2になされた操作に基づいてスレーブマニピュレータ1を制御する制御部3とを基本構成として備えている。
(First embodiment)
A manipulator system 100 according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
First, an outline of the manipulator system 100 according to the present embodiment will be described. As shown in FIG. 1, a manipulator system 100 according to the present embodiment includes a slave manipulator (manipulator) 1, a master input unit (operation input unit) 2 operated by an operator (operator) Op, and the master input. A control unit 3 that controls the slave manipulator 1 based on an operation performed on the unit 2 is provided as a basic configuration.

スレーブマニピュレータ1は、患者Pが横たわる手術台80の近傍に配置されるスレーブアーム4と、該スレーブアーム4の先端に保持された挿入部5と、該挿入部5内に挿入される処置具6とを備えている。挿入部5の先端には、図2に示されるように、観察部材7が設けられ、該観察部材7によって、挿入部5の先端前方の視野と、挿入部5の先端から突出した処置具6とが、撮影されるようになっている。観察部材7によって取得された映像は、マスタ入力部2に設けられた表示部8に表示される。観察部材7の視野は、挿入部5の先端部分に設けられた湾曲部15の湾曲角度を、挿入部5の長手方向に直交する上下方向(UD方向)または左右方向(LR方向)に変更することによって、移動可能になっている。   The slave manipulator 1 includes a slave arm 4 disposed in the vicinity of an operating table 80 on which a patient P lies, an insertion portion 5 held at the distal end of the slave arm 4, and a treatment tool 6 inserted into the insertion portion 5. And. As shown in FIG. 2, an observation member 7 is provided at the distal end of the insertion portion 5, and the treatment tool 6 protruding from the visual field in front of the distal end of the insertion portion 5 and the distal end of the insertion portion 5 by the observation member 7. And is to be taken. The video acquired by the observation member 7 is displayed on the display unit 8 provided in the master input unit 2. The visual field of the observation member 7 changes the bending angle of the bending portion 15 provided at the distal end portion of the insertion portion 5 to the vertical direction (UD direction) or the left-right direction (LR direction) orthogonal to the longitudinal direction of the insertion portion 5. This makes it movable.

術者Opは、表示部8に表示される体内および処置具6の映像を観察しながら、マスタ入力部2に設けられたマスタアーム9を操作することによって、患者Pの体内に挿入された挿入部5と、該挿入部5内を介して体内に導入された処置具6とを、遠隔操作することができる。   The operator Op operates the master arm 9 provided in the master input unit 2 while observing the image of the body and the treatment tool 6 displayed on the display unit 8, thereby inserting the patient P into the body of the patient P. The part 5 and the treatment tool 6 introduced into the body through the insertion part 5 can be remotely operated.

次に、マニピュレータシステム100の各部について詳細に説明する。
スレーブアーム4は、図3に示されるように、挿入部5が取り付けられる挿入部取付部10と、処置具6が取り付けられる複数の処置具取付部11A,11Bと、挿入部取付部10に取り付けられた挿入部5の湾曲部15を駆動する湾曲部駆動部12と、各処置具取付部11A,11Bに取り付けられた処置具6を駆動する複数の処置具駆動部13A,13Bとを備えている。本実施形態においては、後述するように、挿入部5に処置具6を挿入するためのチャネル5A,5Bが2つ設けられている構成を想定し、各チャネル5A,5Bに対応して処置具取付部11A,11Bおよび処置具駆動部13A,13Bが2つずつ設けられている。以下、2つの処置具取付部11A,11Bを、まとめて処置具取付部11ともいう。また、2つの処置具駆動部13A,13Bを、まとめて処置具駆動部13ともいう。
Next, each part of the manipulator system 100 will be described in detail.
As shown in FIG. 3, the slave arm 4 is attached to the insertion portion attachment portion 10 to which the insertion portion 5 is attached, the plurality of treatment instrument attachment portions 11A and 11B to which the treatment instrument 6 is attached, and the insertion portion attachment portion 10. A bending portion drive section 12 for driving the bending section 15 of the inserted portion 5 and a plurality of treatment instrument drive sections 13A and 13B for driving the treatment instrument 6 attached to the treatment instrument attachment sections 11A and 11B. Yes. In the present embodiment, as will be described later, a configuration in which two channels 5A and 5B for inserting the treatment tool 6 are provided in the insertion portion 5 is assumed, and the treatment tool is associated with each channel 5A and 5B. Two attachment portions 11A and 11B and two treatment instrument drive portions 13A and 13B are provided. Hereinafter, the two treatment instrument attachment portions 11A and 11B are collectively referred to as a treatment instrument attachment portion 11. The two treatment instrument drive units 13A and 13B are also collectively referred to as a treatment instrument drive unit 13.

図4は、挿入部5の外観を示している。図4に示されるように、挿入部5は、可撓性を有する細長い軟性部14と、該軟性部14の先端側に設けられた湾曲可能な湾曲部15を備えている。また、軟性部14の基端側には、スレーブアーム4の挿入部取付部10に取り付けられる取付ユニット16が接続されている。湾曲部15は、複数の節輪や湾曲コマ等が連結された公知の構造を有し、最も先端側の節輪等に接続されたUD湾曲用のワイヤ15aおよびLR湾曲用のワイヤ15bの基端部分が取付ユニット16内において押し引きされることによって、UD方向およびLR方向に湾曲するように構成されている。   FIG. 4 shows the appearance of the insertion portion 5. As shown in FIG. 4, the insertion portion 5 includes a flexible elongated flexible portion 14 and a bendable bending portion 15 provided on the distal end side of the flexible portion 14. An attachment unit 16 attached to the insertion portion attachment portion 10 of the slave arm 4 is connected to the proximal end side of the flexible portion 14. The bending portion 15 has a known structure in which a plurality of node rings, bending pieces, and the like are connected, and is based on a wire 15a for UD bending and a wire 15b for LR bending connected to the node ring on the most distal side. The end portion is configured to bend in the UD direction and the LR direction by being pushed and pulled in the mounting unit 16.

具体的には、各ワイヤ15a,15bの基端部分は、図5に示されるように、軟性部14の基端から引き出され、取付ユニット16内に設けられたプーリ16aに巻き付けられている。取付ユニット16は、挿入部取付部10に取り付けられたときに、各プーリ16aと、湾曲部駆動部12が有する各モータ12aとが同軸に連結するように構成されている。制御部3からの湾曲制御信号に従ってモータ12aが回転することによってプーリ16aが正転または反転し、これによりワイヤ15a,15bが押し引きされて湾曲部15の湾曲角度が変更されるようになっている。なお、図5においては、図面を簡略にするために、モータ12aは1つだけ、また、ワイヤ15a,15bは、軟性部14側の2つのプーリ16に巻き付けられている2つだけ、図示されている。   Specifically, as shown in FIG. 5, the base end portions of the wires 15 a and 15 b are drawn from the base end of the flexible portion 14 and wound around a pulley 16 a provided in the mounting unit 16. The attachment unit 16 is configured such that, when attached to the insertion portion attachment portion 10, each pulley 16 a and each motor 12 a included in the bending portion driving portion 12 are coaxially connected. When the motor 12a rotates according to the bending control signal from the control unit 3, the pulley 16a rotates forward or reverse, and the wires 15a and 15b are pushed and pulled to change the bending angle of the bending unit 15. Yes. 5, in order to simplify the drawing, only one motor 12a is shown, and only two wires 15a and 15b are wound around two pulleys 16 on the flexible part 14 side. ing.

また、挿入部5は、図6に示されるように、挿入部5の先端から長手方向に沿って貫通形成された複数の(本例においては2つの)チャネル5A,5Bを有している。チャネル5A,5Bは、可撓性を有するチューブからなり、挿入部5の先端から、挿入部5の基端側に設けられた処置具用ポート17まで延びている。処置具用ポート17から各チャネル5A,5Bへ処置具6が挿入される。   As shown in FIG. 6, the insertion portion 5 has a plurality of (two in this example) channels 5 </ b> A and 5 </ b> B that are formed penetrating from the distal end of the insertion portion 5 along the longitudinal direction. The channels 5 </ b> A and 5 </ b> B are made of a flexible tube, and extend from the distal end of the insertion portion 5 to the treatment instrument port 17 provided on the proximal end side of the insertion portion 5. The treatment tool 6 is inserted into the channels 5A and 5B from the treatment tool port 17.

処置具6は、高周波ナイフやスネアループ、把持鉗子等であり、図7に示されるように、可撓性を有する細長い本体18と、該本体18の先端に設けられた処置部19とを備えている。また、本体18の基端には、スレーブアーム4の処置具取付部11に取り付けられる取付ユニット20が接続されている。本体18の基端部分が取付ユニット20内において長手方向に押し引きされ、または、周方向に回転されることによって、処置具6全体がチャネル5A,5B内において進退または回転するようになっている。   The treatment tool 6 is a high-frequency knife, a snare loop, a grasping forceps, or the like, and includes a flexible elongated main body 18 and a treatment portion 19 provided at the distal end of the main body 18 as shown in FIG. ing. An attachment unit 20 attached to the treatment instrument attachment portion 11 of the slave arm 4 is connected to the base end of the main body 18. When the proximal end portion of the main body 18 is pushed or pulled in the longitudinal direction in the mounting unit 20 or rotated in the circumferential direction, the entire treatment instrument 6 is advanced or retracted or rotated in the channels 5A and 5B. .

具体的には、取付ユニット20内には、本体18の基端に同軸に連結されたプーリ20aが設けられている。このプーリ20aは、本体18の長手方向に直線運動可能なステージ20b上に固定されている。一方、処置具駆動部13には、プーリ20aを回転させる回転モータ13aと、ステージ20bを直線移動させる直動モータ13bとが設けられている。取付ユニット20は、処置具取付部11に取り付けられたときに、プーリ20aと回転モータ13aとが連結し、ステージ20bと直動モータ13bとが連結するように、構成されている。これにより、制御部3からの回転制御信号(制御信号)に従って回転モータ13aがプーリ20aを回転させることによって、処置具6が回転するようになっている。また、制御部3からの進退制御信号(制御信号)に従って直動モータ13bがステージ20bを直線移動させることによって、処置具6が進退するようになっている。   Specifically, a pulley 20 a that is coaxially connected to the base end of the main body 18 is provided in the mounting unit 20. The pulley 20 a is fixed on a stage 20 b that can linearly move in the longitudinal direction of the main body 18. On the other hand, the treatment instrument drive unit 13 is provided with a rotation motor 13a that rotates the pulley 20a and a linear motion motor 13b that linearly moves the stage 20b. The attachment unit 20 is configured such that when attached to the treatment instrument attachment portion 11, the pulley 20a and the rotary motor 13a are connected, and the stage 20b and the linear motion motor 13b are connected. Accordingly, the treatment instrument 6 is rotated by the rotation motor 13a rotating the pulley 20a according to the rotation control signal (control signal) from the control unit 3. Further, the linear motion motor 13b linearly moves the stage 20b in accordance with the advance / retreat control signal (control signal) from the control unit 3, so that the treatment instrument 6 advances and retreats.

マスタ入力部2は、上述したように、観察部材7によって取得された映像を表示する表示部8と、術者Opによって操作される複数のマスタアーム9とを備えている。マスタアーム9は、少なくとも湾曲部15および処置具6に対する操作指示が術者Opによって入力可能になっている。マスタ入力部2は、術者Opによってマスタアーム9に入力された操作指示に応じた操作信号を生成し、生成した操作信号を制御部3に送信する。   As described above, the master input unit 2 includes the display unit 8 that displays an image acquired by the observation member 7 and a plurality of master arms 9 that are operated by the operator Op. The master arm 9 is capable of inputting operation instructions for at least the bending portion 15 and the treatment instrument 6 by the operator Op. The master input unit 2 generates an operation signal corresponding to the operation instruction input to the master arm 9 by the operator Op, and transmits the generated operation signal to the control unit 3.

制御部3は、マスタ入力部2から湾曲部15に対する操作信号を受信したときに、当該操作信号から湾曲部駆動部12を駆動させるための湾曲制御信号を生成し、該湾曲制御信号を湾曲部駆動部12に送信する。また、制御部3は、マスタ入力部2から処置具6に対する操作信号を受信したときに、当該操作信号から処置具駆動部13を駆動させるための進退制御信号および回転制御信号を生成し、該進退制御信号および回転制御信号を処置具駆動部13に送信する。各駆動部12,13のモータ12a,13a,13bには、その回転量を検出するエンコーダ(図示略)が取り付けられている。制御部3は、各モータ12a,13a,13bの回転量をエンコーダから受信することによって、湾曲部15の湾曲量や、処置具6の進退量または回転量を認識し、認識したこれらの量に基づいて、各駆動部12,13のモータ12a,13a,13bをフィードバック(FB)制御するようになっている。   When the control unit 3 receives an operation signal for the bending unit 15 from the master input unit 2, the control unit 3 generates a bending control signal for driving the bending unit driving unit 12 from the operation signal, and outputs the bending control signal to the bending unit. It transmits to the drive part 12. In addition, when receiving an operation signal for the treatment instrument 6 from the master input unit 2, the control unit 3 generates an advance / retreat control signal and a rotation control signal for driving the treatment instrument drive unit 13 from the operation signal, The advance / retreat control signal and the rotation control signal are transmitted to the treatment instrument drive unit 13. Encoders (not shown) for detecting the amount of rotation are attached to the motors 12a, 13a, and 13b of the drive units 12 and 13, respectively. The control unit 3 receives the amount of rotation of each motor 12a, 13a, 13b from the encoder, thereby recognizing the amount of bending of the bending unit 15 and the amount of advancement / retraction or rotation of the treatment instrument 6, and to these recognized amounts. Based on this, the motors 12a, 13a, 13b of the drive units 12, 13 are feedback (FB) controlled.

さらに、本実施形態に係るマニピュレータシステム100は、処置具6が挿入されているチャネル5A,5Bを検出する使用チャネル検出部22を備えている。
各処置具取付部11A,11Bには、対応するチャネル5A,5Bを識別する識別情報を記録したバーコードやICタグ等の記録媒体が設けられている。使用チャネル検出部22は、取付ユニット20に設けられており、処置具取付部11Aまたは11Bに取付ユニット20が取り付けられたときに、当該処置具取付部11Aまたは11Bの記録媒体に記録されている識別情報を読み取り、読み取った識別情報をスレーブアーム4を介して制御部3に送信する。
Furthermore, the manipulator system 100 according to the present embodiment includes a use channel detection unit 22 that detects the channels 5A and 5B in which the treatment tool 6 is inserted.
Each treatment instrument mounting portion 11A, 11B is provided with a recording medium such as a barcode or an IC tag in which identification information for identifying the corresponding channel 5A, 5B is recorded. The use channel detection unit 22 is provided in the attachment unit 20, and is recorded on the recording medium of the treatment instrument attachment portion 11A or 11B when the attachment unit 20 is attached to the treatment instrument attachment portion 11A or 11B. The identification information is read, and the read identification information is transmitted to the control unit 3 via the slave arm 4.

なお、使用チャネル検出部22は、電気的または磁気的にチャネル5A,5Bを識別するように構成されていてもよい。例えば、処置具取付部11に、対応するチャネル5A,5Bに応じて異なる特性を有する磁石または抵抗が設けられ、使用チャネル検出部22が磁石または抵抗の特性を検出するように構成されていてもよい。または、使用チャネル検出部22は、キーボードやタッチパネル、ボタン等の入力手段から構成されていてもよい。   Note that the used channel detector 22 may be configured to identify the channels 5A and 5B electrically or magnetically. For example, the treatment instrument mounting portion 11 may be provided with magnets or resistors having different characteristics depending on the corresponding channels 5A and 5B, and the use channel detection unit 22 may be configured to detect the magnet or resistance characteristics. Good. Alternatively, the used channel detection unit 22 may be configured by input means such as a keyboard, a touch panel, and buttons.

ここで、制御部(補償値設定部)3は、処置具6に対する操作信号をマスタ入力部2から受信したときに、処置具駆動部13に進退制御信号および回転制御信号を送信するのに先立ち、進退制御信号および回転制御信号の各々に対する補償値を設定する。   Here, the control unit (compensation value setting unit) 3 prior to transmitting the advance / retreat control signal and the rotation control signal to the treatment instrument drive unit 13 when receiving an operation signal for the treatment instrument 6 from the master input unit 2. The compensation value for each of the advance / retreat control signal and the rotation control signal is set.

すなわち、制御部3は、進退制御信号および回転制御信号の各々に対する補償値を各チャネル5A,5Bと対応付けて保持している。この補償値は、進退制御信号および回転制御信号に乗算されるフィードフォワード(FF)ゲインK,Kであり、例えば、各チャネル5A,5Bを使用したときの、処置具駆動部13A,13Bに入力される進退制御信号および回転制御信号と、処置具6の先端の実際の進退距離および回転角度との関係を測定することによって、実験的に決定された値である。 That is, the control unit 3 holds a compensation value for each of the advance / retreat control signal and the rotation control signal in association with each channel 5A, 5B. The compensation values are feedforward (FF) gains K 1 and K 2 multiplied by the advance / retreat control signal and the rotation control signal. For example, the treatment instrument driving units 13A and 13B when the channels 5A and 5B are used. These values are experimentally determined by measuring the relationship between the advance / retreat control signal and the rotation control signal input to, and the actual advance / retreat distance and rotation angle of the distal end of the treatment instrument 6.

制御部3は、使用チャネル検出部22から受信したチャネル5A,5Bの識別情報に基づいて、処置具6が挿入されているチャネル5A,5Bを認識し、認識したチャネル5A,5Bに対応するFFゲインK,Kを選択する。次に、制御部3は、操作信号から生成した進退制御信号および回転制御信号にFFゲインK,Kを各々乗算することによって進退制御信号および回転制御信号を増幅し、増幅された進退制御信号および回転制御信号を、認識したチャネル5A,5Bに対応する処置具駆動部13A,13Bに送信することによって、処置具駆動部13A,13Bをフィードフォワード制御する。 The control unit 3 recognizes the channels 5A and 5B in which the treatment tool 6 is inserted based on the identification information of the channels 5A and 5B received from the used channel detection unit 22, and the FF corresponding to the recognized channels 5A and 5B. Select the gains K 1 and K 2 . Next, the control unit 3 amplifies the advance / retreat control signal and the rotation control signal by multiplying the advance / retreat control signal and the rotation control signal generated from the operation signal by the FF gains K 1 and K 2 , respectively. By transmitting the signal and the rotation control signal to the treatment instrument drive units 13A and 13B corresponding to the recognized channels 5A and 5B, the treatment instrument drive units 13A and 13B are feedforward controlled.

次に、このように構成されたマニピュレータシステム100の作用について説明する。
本実施形態に係るマニピュレータシステム100を用いて体内を処置するには、図1に示されるように、術者Opは、まず挿入部5を患者Pの自然開口(図示する例では口)から体内に挿入する。術者Opは、観察部材7によって取得される映像を表示部8で観察しながら、挿入部5の先端を対象部位まで移動させる。
Next, the operation of the manipulator system 100 configured as described above will be described.
In order to treat the inside of the body using the manipulator system 100 according to the present embodiment, as shown in FIG. 1, the surgeon Op first moves the insertion portion 5 from the natural opening (in the illustrated example, the mouth) of the patient P to the inside of the body. Insert into. The surgeon Op moves the distal end of the insertion unit 5 to the target site while observing the image acquired by the observation member 7 on the display unit 8.

次に、術者Opは、処置に応じて選択したチャネル5A,5Bに処置具6を挿入し、選択したチャネル5A,5Bに対応する処置具取付部11A,11Bに取付ユニット20を取り付ける。本例においては、第1のチャネル5Aに処置具6を挿入し、取付ユニット20を第1の処置具取付部11Aに取り付けることとする。第1の処置具取付部11Aに付されている記録媒体の識別情報は、使用チャネル検出部22によって読み取られ、その識別情報が制御部3に送信されることによって、制御部3は、第1のチャネル5Aに処置具6が挿入されたことを認識する。そして、制御部3は、第1のチャネル5Aに対応するFFゲインKを選択する。 Next, the operator Op inserts the treatment instrument 6 into the channels 5A and 5B selected according to the treatment, and attaches the attachment unit 20 to the treatment instrument attachment portions 11A and 11B corresponding to the selected channels 5A and 5B. In this example, the treatment instrument 6 is inserted into the first channel 5A, and the attachment unit 20 is attached to the first treatment instrument attachment portion 11A. The identification information of the recording medium attached to the first treatment instrument attachment unit 11A is read by the use channel detection unit 22, and the identification information is transmitted to the control unit 3, whereby the control unit 3 It is recognized that the treatment tool 6 has been inserted into the channel 5A. Then, the control unit 3 selects the FF gain K 1 corresponding to the first channel 5A.

次に、術者Opは、チャネル5A内に挿入した処置具6を挿入部5の先端開口から突出させる。そして、術者Opは、表示部8に表示される映像を観察しながら、湾曲部15の湾曲角度や、処置具6の突出量および回転方向を変更することによって、処置部19と体内の対象部位との位置関係を調整し、処置部19によって対象部位を処置する。   Next, the operator Op causes the treatment instrument 6 inserted into the channel 5A to protrude from the distal end opening of the insertion portion 5. Then, the operator Op changes the bending angle of the bending portion 15 and the amount of protrusion and the rotation direction of the treatment instrument 6 while observing the image displayed on the display portion 8, so The positional relationship with the part is adjusted, and the target part is treated by the treatment unit 19.

このときに、術者Opがマスタアーム9に処置具6を前進または後退させるための操作を入力すると、この操作に応じた操作信号がマスタアーム9から制御部3に送信される。制御部3は、受信した操作信号から、処置具6を進退動作させるための進退制御信号および回転動作させるための回転制御信号を生成する。次に、制御部3は、FFゲインKによって増幅した進退制御信号および回転制御信号を処置具駆動部13Aに送信することによって、処置具駆動部13AをFF制御する。 At this time, when the operator Op inputs an operation for moving the treatment instrument 6 forward or backward to the master arm 9, an operation signal corresponding to this operation is transmitted from the master arm 9 to the control unit 3. The control unit 3 generates an advance / retreat control signal for causing the treatment tool 6 to advance / retreat and a rotation control signal for causing the treatment tool 6 to rotate from the received operation signal. Next, the control unit 3, by sending a forward and backward control signal and the rotation control signal was amplified by FF gain K 1 to the treatment instrument drive unit 13A, a surgical instrument drive unit 13A for FF control.

術者Opは、処置具6を第2のチャネル5B内で使用したい場合には、処置具6を第1のチャネル5A内から引き抜き、該処置具6を第2のチャネル5B内に挿入する。このときに、術者Opは、取付ユニット20を、第2のチャネル5Bに対応する第2の処置具取付部11Bに付け替える。第2の処置具取付部11Bに付されている記録媒体の識別情報は、使用チャネル検出部22によって読み取られ、その識別情報が制御部3に送信されることによって、制御部3は、処置具6が、第1のチャネル5Aから第2のチャネル5Bに移動したことを認識する。そこで、制御部3は、FFゲインK1から、第2のチャネル5Bに対応するFFゲインK2に切り替え、進退制御信号および回転制御信号の送信先を処置具駆動部13Bに変更する。 When the operator Op wants to use the treatment tool 6 in the second channel 5B, the operator Op pulls out the treatment tool 6 from the first channel 5A and inserts the treatment tool 6 into the second channel 5B. At this time, the operator Op replaces the attachment unit 20 with the second treatment instrument attachment portion 11B corresponding to the second channel 5B. The identification information of the recording medium attached to the second treatment instrument attachment unit 11B is read by the use channel detection unit 22, and the identification information is transmitted to the control unit 3, whereby the control unit 3 6 recognizes that it has moved from the first channel 5A to the second channel 5B. Therefore, the control unit 3, the FF gain K1, switch to F F gain K2 that correspond to the second channel 5B, it changes the transmission destination of the forward and backward control signal and the rotation control signal to the surgical instrument drive unit 13B.

ここで、術者Opがマスタアーム9に入力した操作に対する、処置具6の動作の応答特性について説明する。
モータ13a,13bによって本体18の基端部分に加えられた直線運動および回転運動は、処置具6とチャネル5A,5Bの内面との間に発生する摩擦や、チャネル5A,5B内における本体18の弛み等が要因で、本体18の先端まで伝達する間に減衰する。これにより、モータ13a,13bの出力に対して、処置部19の実際の進退量および回転量が小さくなる。上記摩擦や弛みは、チャネル5A,5Bの内径や内面の素材に応じて異なる。その結果、同一の処置具6であってもいずれのチャネル5A,5B内で使用するかに応じて、処置具6の動作の応答性にばらつきが生じる。
Here, the response characteristic of the operation of the treatment tool 6 to the operation input to the master arm 9 by the operator Op will be described.
The linear motion and the rotational motion applied to the proximal end portion of the main body 18 by the motors 13a and 13b are caused by friction generated between the treatment instrument 6 and the inner surfaces of the channels 5A and 5B, and the main body 18 in the channels 5A and 5B. Due to slackness or the like, it attenuates during transmission to the tip of the main body 18. As a result, the actual advance / retreat amount and rotation amount of the treatment section 19 become smaller than the outputs of the motors 13a, 13b. The friction and slack vary depending on the inner diameter and inner material of the channels 5A and 5B. As a result, even if the same treatment tool 6 is used, the responsiveness of the operation of the treatment tool 6 varies depending on which channel 5A, 5B is used.

本実施形態によれば、進退制御信号および回転制御信号を増幅するFFゲインK,Kを、チャネル5A,5Bに応じて設定することによって、チャネル5A,5B毎の特性の違いに依存する処置具6の動作の応答性のばらつきが補償される。これにより、処置具6をいずれのチャネル5A,5B内において使用しても、常に良好かつ同一の処置具6の進退動作および回転動作の応答性を得ることができるという利点がある。 According to the present embodiment, the FF gains K 1 and K 2 for amplifying the advance / retreat control signal and the rotation control signal are set according to the channels 5A and 5B, thereby depending on the difference in characteristics of the channels 5A and 5B. Variations in the responsiveness of the operation of the treatment tool 6 are compensated. Thus, there is an advantage that the responsiveness of the forward / backward movement and the rotation operation of the same treatment tool 6 can be always obtained even when the treatment tool 6 is used in any of the channels 5A and 5B.

なお、本実施形態においては、補償値が、フィードフォワードゲインであることとしたが、これに代えて、他の補償値であってもよい。   In the present embodiment, the compensation value is the feed forward gain, but other compensation values may be used instead.

例えば、補償値は、制御部3が処置具駆動部13のフィードバック制御に用いるフィードバックゲインであってもよい。
上述したように、制御部3は、エンコーダによって検出されたモータ12a,13a,13bの出力に基づいて、これらのモータ12a,13a,13bをフィードバック制御している。そこで、制御部3が、フィードバックゲインを、チャネル5A,5B毎に設定してもよい。このようにしても、チャネル5A,5Bが違うことに起因する処置具6の応答性のばらつきを精度良く補償することができる。
For example, the compensation value may be a feedback gain that the control unit 3 uses for feedback control of the treatment instrument driving unit 13.
As described above, the control unit 3 feedback-controls these motors 12a, 13a, 13b based on the outputs of the motors 12a, 13a, 13b detected by the encoder. Therefore, the control unit 3 may set the feedback gain for each of the channels 5A and 5B. Even in this way, it is possible to accurately compensate for variations in the responsiveness of the treatment instrument 6 caused by the difference between the channels 5A and 5B.

あるいは、補償値は、進退制御信号および回転制御信号にオフセットを与えるために制御部3がこれら制御信号に加算する摩擦補償係数(オフセット信号)であってもよい。摩擦補償係数は、処置具6の動作の方向が逆方向に切り替わる折り返し部分において、符号が反転するように設定される。これにより、特に、動作の方向を逆方向へ切り替えたとき(例えば、左回転から右回転へ切り替えたとき)に発生するバックラッシを低減することができる。   Alternatively, the compensation value may be a friction compensation coefficient (offset signal) that the control unit 3 adds to these control signals in order to give an offset to the advance / retreat control signal and the rotation control signal. The friction compensation coefficient is set so that the sign is reversed at the folded portion where the direction of the operation of the treatment instrument 6 is switched in the reverse direction. Thereby, it is possible to reduce backlash that occurs particularly when the direction of operation is switched in the reverse direction (for example, when switching from left rotation to right rotation).

(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態に係るマニピュレータシステム200について図8および図9を参照して説明する。
本実施形態に係るマニピュレータシステム200は、図8に示されるように、マニピュレータ1が2つの処置具6を備え、チャネル5A,5B内に挿入されている処置具6を識別する処置具識別部23をさらに備えている点において、第1の実施形態と異なっている。したがって、本実施形態においては、処置具識別部23について主に説明し、第1の実施形態と共通する構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
(Second Embodiment)
Next, a manipulator system 200 according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 8 and 9.
In the manipulator system 200 according to the present embodiment, as shown in FIG. 8, the manipulator 1 includes two treatment instruments 6, and a treatment instrument identification unit 23 that identifies the treatment instrument 6 inserted in the channels 5A and 5B. Is further different from the first embodiment. Therefore, in the present embodiment, the treatment instrument identification unit 23 will be mainly described, and the same reference numerals are given to the components common to the first embodiment, and the description thereof will be omitted.

2つの処置具6は、例えば、種類が互いに異なり、本体18の剛性や表面の摩擦係数が互いに異なっている。なお、マニピュレータ1は、3つ以上の処置具6を備えていてもよい。なお、図8においては、チャネル5Aに挿入されている第1の処置具6のみを図示し、第2の処置具の図示を省略している。   For example, the two treatment tools 6 are different in type, and the rigidity of the main body 18 and the coefficient of friction of the surface are different from each other. The manipulator 1 may include three or more treatment tools 6. In FIG. 8, only the first treatment instrument 6 inserted in the channel 5A is shown, and the second treatment instrument is not shown.

本実施形態において、取付ユニット20には、バーコードやICタグ等の記録媒体が設けられている。この記録媒体には、取付ユニット20が接続されている処置具6を識別する識別情報が記録されている。処置具識別部23は、各処置具取付部11に設けられており、処置具取付部11に取付ユニット20が取り付けられたときに、当該取付ユニット20に付されている記録媒体から処置具6の識別情報を読み取り、読み取った処置具6の識別情報を制御部3に送信する。   In the present embodiment, the attachment unit 20 is provided with a recording medium such as a barcode or an IC tag. On this recording medium, identification information for identifying the treatment instrument 6 to which the attachment unit 20 is connected is recorded. The treatment instrument identification unit 23 is provided in each treatment instrument attachment portion 11, and when the attachment unit 20 is attached to the treatment instrument attachment portion 11, the treatment instrument 6 is recorded from the recording medium attached to the attachment unit 20. The identification information of the treatment instrument 6 that has been read is transmitted to the control unit 3.

制御部3は、処置具識別部23から受信した処置具6の識別情報に基づいて、いずれの処置具6がチャネル5A,5Bに挿入されているかを認識する。制御部3は、使用チャネル検出部22から受信したチャネル5A,5Bの識別情報と、処置具識別部23から受信した処置具6の識別情報とに応じて、FFゲインを設定する。具体的には、制御部3は、図9に示されるように、チャネル5A,5Bおよび処置具6と、FFゲインK,K,K,Kとを対応付けたテーブルを有している。制御部3は、4つのFFゲインK,K,K,Kの中から、各識別情報が示すチャネル5A,5Bと処置具6との組み合わせに対応するものを選択する。 The control unit 3 recognizes which treatment tool 6 is inserted into the channels 5A and 5B based on the identification information of the treatment tool 6 received from the treatment tool identification unit 23. The control unit 3 sets the FF gain according to the identification information of the channels 5A and 5B received from the used channel detection unit 22 and the identification information of the treatment tool 6 received from the treatment tool identification unit 23. Specifically, as shown in FIG. 9, the control unit 3 has a table in which the channels 5A and 5B and the treatment tool 6 are associated with the FF gains K 1 , K 2 , K 3 , and K 4. ing. The control unit 3 selects the one corresponding to the combination of the channels 5A and 5B indicated by the identification information and the treatment tool 6 from the four FF gains K 1 , K 2 , K 3 , and K 4 .

次に、このように構成されたマニピュレータシステム200の作用について説明する。
基本手順は、第1の実施形態と同様である。本実施形態に係るマニピュレータシステム200は、FFゲインの設定方法が、第1の実施形態とは異なる。
Next, the operation of the manipulator system 200 configured as described above will be described.
The basic procedure is the same as in the first embodiment. The manipulator system 200 according to the present embodiment is different from the first embodiment in the FF gain setting method.

術者Opが、処置に応じて選択した処置具6を、いずれかのチャネル5A,5B内に挿入し、処置具6を挿入したチャネル5A,5Bに対応する処置具取付部11A,11Bに取付ユニット20を取り付ける。例えば、第1の処置具6を第1のチャネル5Aに挿入すると仮定する。第1の処置具取付部11Aに付されたチャネル5Aの識別情報は使用チャネル検出部22によって読み取られ、その識別情報が制御部3に送信される。これと同時に、第1の処置具6に付された当該処置具6の識別情報は処置具識別部23によって読み取られ、その識別情報が制御部3に送信される。これにより、制御部3は、第1のチャネル5Aに第1の処置具6が挿入されたことを認識する。制御部3は、第1のチャネル5Aおよび第1の処置具6の組み合わせに対して設定されているFFゲインKを選択する。この後、マスタアーム9に処置具6に対する操作が入力されると、制御部3は、進退制御信号および回転制御信号にFFゲインKを乗算し、増幅されたこれら制御信号を処置具駆動部13Aに送信する。 The operator Op inserts the treatment tool 6 selected according to the treatment into one of the channels 5A and 5B, and attaches it to the treatment tool attachment portions 11A and 11B corresponding to the channels 5A and 5B into which the treatment tool 6 is inserted. Install the unit 20. For example, assume that the first treatment instrument 6 is inserted into the first channel 5A. The identification information of the channel 5 </ b> A attached to the first treatment instrument attachment unit 11 </ b> A is read by the used channel detection unit 22, and the identification information is transmitted to the control unit 3. At the same time, the identification information of the treatment instrument 6 attached to the first treatment instrument 6 is read by the treatment instrument identification unit 23 and the identification information is transmitted to the control unit 3. Thereby, the control unit 3 recognizes that the first treatment instrument 6 has been inserted into the first channel 5A. Control unit 3 selects the FF gain K 1 that is set for the combination of the first channel 5A and the first treatment tool 6. Thereafter, when the operation to the treatment instrument 6 to the master arm 9 is input, the control unit 3, forward and backward control signal and the rotation control signal by multiplying the FF gain K 1, the treatment instrument drive unit these control signals amplified To 13A.

術者Opによって処置具6またはチャネル5A,5Bが変更された場合には、制御部3は、使用チャネル検出部22および処置具識別部23の各々から新たに識別情報を受信し、受信した識別情報に基づいてFFゲインKからFFゲインK、KまたはKに切り替える。 When the treatment instrument 6 or the channels 5A and 5B are changed by the surgeon Op, the control unit 3 newly receives identification information from each of the use channel detection unit 22 and the treatment instrument identification unit 23, and the received identification switch from FF gain K 1 to FF gain K 2, K 3 or K 4 based on the information.

ここで、上述した処置具6の動作の応答性は、さらに、チャネル5A,5Bと処置具6との組み合わせにも依存して異なる。すなわち、処置具6とチャネル5A,5Bの内面との間に発生する摩擦は、チャネル5A,5Bの内径や内面の素材と、処置具6の外形や素材との組み合わせに応じて異なる。さらに、処置具6の本体18が有する剛性等の力学的特性に応じて、処置具6毎に応答性は異なる。その結果、使用するチャネル5A,5Bは同一であっても、そのチャネル5A,5B内に挿入される処置具6が異なる場合には、処置具6毎に動作の応答性が異なる。   Here, the responsiveness of the operation of the treatment instrument 6 described above further varies depending on the combination of the channels 5A and 5B and the treatment instrument 6. That is, the friction generated between the treatment tool 6 and the inner surfaces of the channels 5A and 5B varies depending on the combination of the inner diameter and inner surface material of the channels 5A and 5B and the outer shape and material of the treatment tool 6. Furthermore, responsiveness differs for every treatment tool 6 according to mechanical characteristics, such as rigidity, which the main body 18 of the treatment tool 6 has. As a result, even if the channels 5A and 5B to be used are the same, if the treatment tools 6 inserted into the channels 5A and 5B are different, the responsiveness of the operation differs for each treatment tool 6.

本実施形態によれば、FFゲインK,K,K,Kを、さらに、チャネル5A,5Bと処置具6との組み合わせもに応じて設定することによって、チャネル5A,5Bと処置具6との組み合わせに応じて異なる処置具6の動作の応答性のばらつきもさらに補償される。これにより、いずれの処置具6をいずれのチャネル5A,5B内において使用しても、常に良好かつ同一の処置具6の進退動作および回転動作の応答性を得ることができるという利点がある。 According to the present embodiment, the FF gains K 1 , K 2 , K 3 , and K 4 are further set in accordance with the combination of the channels 5A and 5B and the treatment tool 6, thereby allowing the channels 5A and 5B to be treated. Variations in the responsiveness of the operation of different treatment tools 6 depending on the combination with the tool 6 are further compensated. Accordingly, there is an advantage that it is possible to always obtain good and the same responsiveness of the advance / retreat operation and the rotation operation of the treatment tool 6 regardless of which treatment tool 6 is used in any channel 5A, 5B.

(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態に係るマニピュレータシステム300について図10から図14を参照して説明する。
本実施形態に係るマニピュレータシステム300は、図10に示されるように、第2の実施形態のマニピュレータシステム200に、湾曲部15の湾曲角度θを検出する湾曲部形状検出部24をさらに設けたものである。したがって、本実施形態においては、湾曲部形状検出部24について主に説明し、第1および第2の実施形態と共通する構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
(Third embodiment)
Next, a manipulator system 300 according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 10, the manipulator system 300 according to this embodiment further includes a bending portion shape detection unit 24 that detects the bending angle θ of the bending portion 15 in the manipulator system 200 of the second embodiment. It is. Therefore, in this embodiment, the bending part shape detection part 24 is mainly demonstrated, and about the structure which is common in the 1st and 2nd embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.

湾曲部形状検出部24は、湾曲部駆動部12の各回転モータ12aに設けられたエンコーダの各々から回転モータ12aの回転角度を受信し、受信した回転角度を湾曲部15の湾曲角度θに換算することによって、湾曲角度θを得る。   The bending portion shape detection unit 24 receives the rotation angle of the rotation motor 12a from each of the encoders provided in each rotation motor 12a of the bending portion drive unit 12, and converts the received rotation angle into the bending angle θ of the bending unit 15. By doing so, the bending angle θ is obtained.

なお、湾曲部形状検出部24は、上述したエンコーダの出力の他に、他の手段を用いて湾曲部15の湾曲角度を検出してもよい。例えば、湾曲部形状検出部24は、制御部3が湾曲部駆動部12に送信する湾曲制御信号に基づいて、湾曲部15の湾曲角度θを検出してもよい。または、湾曲部形状検出部24は、湾曲部15の長手方向の複数の位置に設けられた曲げセンサによって湾曲部15の実際の曲げ角度を検出してもよい。曲げセンサとしては、例えば、歪みセンサまたは光ファイバセンサ等が用いられる。さらには、各ワイヤ15a,15bの先端部分に固定されて軟性部14の基端側まで各ワイヤ15a,15bに並列に延び、各ワイヤ15a,15bと一緒に移動可能に設けられた線材を備え、該線材の移動量に基づいて湾曲部15の実際の曲げ角度を検出してもよい。この場合、線材がセンサに相当する。   In addition, the bending part shape detection part 24 may detect the bending angle of the bending part 15 using another means other than the output of the encoder mentioned above. For example, the bending portion shape detection unit 24 may detect the bending angle θ of the bending portion 15 based on a bending control signal transmitted from the control unit 3 to the bending portion driving unit 12. Alternatively, the bending portion shape detection unit 24 may detect the actual bending angle of the bending portion 15 by bending sensors provided at a plurality of positions in the longitudinal direction of the bending portion 15. For example, a strain sensor or an optical fiber sensor is used as the bending sensor. Furthermore, it is fixed to the distal end portion of each wire 15a, 15b, extends in parallel to each wire 15a, 15b to the proximal end side of the flexible portion 14, and includes a wire rod that is movable along with each wire 15a, 15b. The actual bending angle of the bending portion 15 may be detected based on the amount of movement of the wire. In this case, the wire corresponds to the sensor.

または、湾曲部形状検出部24は、内視鏡挿入形状観測装置を用いて、湾曲部15の湾曲形状を検出してもよい。この場合、湾曲部15には、長手方向の異なる位置に複数個の磁気コイルが内蔵される。内視鏡挿入形状観測装置は、湾曲部15に内蔵された磁気コイルが発生する磁気を受信し、受信した磁気から各磁気コイルの位置を演算し、得られた磁気コイルの位置を滑らかな曲線で結ぶことによって、湾曲部15の湾曲形状を取得する。   Alternatively, the bending portion shape detection unit 24 may detect the bending shape of the bending portion 15 using an endoscope insertion shape observation device. In this case, the bending portion 15 incorporates a plurality of magnetic coils at different positions in the longitudinal direction. The endoscope insertion shape observation device receives the magnetism generated by the magnetic coil built in the bending section 15, calculates the position of each magnetic coil from the received magnetism, and smoothly obtains the position of the obtained magnetic coil. The curved shape of the bending portion 15 is acquired by tying with.

本実施形態において、制御部3は、図11に示されるように、チャネル5A,5Bおよび処置具6と、FFゲインK+fθ+f(ただし、i=1,2,3,4)とを対応付けたテーブルを有している。FFゲインは、湾曲部15の湾曲角度θの関数fθと、湾曲角度θにおける各チャネル5A,5Bの曲げ半径Rの関数fとして定義されている。制御部3は、第2の実施形態で説明したように、4つのK+fθ+fの中から1つを選択し、選択したFFゲインの各関数fθ,fに、湾曲部形状検出部24から受信した湾曲角度θと、該湾曲角度θに対応する各チャネル5A,5Bの曲げ半径Rを代入することによって、FFゲインの値を算出する。 In the present embodiment, as shown in FIG. 11, the control unit 3 includes channels 5A and 5B and the treatment tool 6, and FF gain K i + f θ + f R (where i = 1, 2, 3, 4) Are associated with each other. FF gain is a function f theta bending angle theta of the bending portion 15, each channel 5A in the bending angle theta, is defined as a function f R of the bending radius R of 5B. As described in the second embodiment, the control unit 3 selects one of the four K i + f θ + f R , and sets the curved portion shape to each function f θ , f R of the selected FF gain. The value of the FF gain is calculated by substituting the bending angle θ received from the detector 24 and the bending radius R of each channel 5A, 5B corresponding to the bending angle θ.

次に、このように構成されたマニピュレータシステム300の作用について説明する。
基本手順は、第1の実施形態と同様である。本実施形態に係るマニピュレータシステム300は、FFゲインの設定方法が、第1および第2の実施形態とは異なる。
Next, the operation of the manipulator system 300 configured as described above will be described.
The basic procedure is the same as in the first embodiment. The manipulator system 300 according to the present embodiment differs from the first and second embodiments in the FF gain setting method.

第2の実施形態において説明したように、制御部3は、処置具6と、当該処置具6が挿入されているチャネル5Aまたは5Bとの組み合わせに応じて、FFゲインK+fθ+fを選択する。この後、マスタアーム9に処置具6に対する操作が入力されると、制御部3は、湾曲部形状検出部24から湾曲部15の湾曲角度θを受信し、受信した湾曲角度θと、これに対応するチャネル5Aまたは5Bの曲げ半径Rとを用いてFFゲインの値を算出し、算出された値を進退制御信号および回転制御信号に乗算し、増幅されたこれら制御信号を処置具駆動部13に送信する。 As described in the second embodiment, the control unit 3 sets the FF gain K i + f θ + f R according to the combination of the treatment instrument 6 and the channel 5A or 5B in which the treatment instrument 6 is inserted. select. Thereafter, when an operation on the treatment instrument 6 is input to the master arm 9, the control unit 3 receives the bending angle θ of the bending unit 15 from the bending unit shape detection unit 24, and receives the received bending angle θ and the received bending angle θ. The value of the FF gain is calculated using the bending radius R of the corresponding channel 5A or 5B, the calculated value is multiplied by the advance / retreat control signal and the rotation control signal, and these amplified control signals are used as the treatment instrument driver 13. Send to.

ここで、上述した処置具6の応答性のばらつきは、湾曲部15の湾曲角度θおよび各チャネル5A,5Bの曲げ半径Rにも依存する。例えば、図12に示されるように、第1のチャネル5Aが外周側に位置するように湾曲部15が湾曲しているとき、第1のチャネル5Aの曲げ半径R1と、第2のチャネル5Bの曲げ半径R2とは互いに異なり、R1>R2となる。したがって、湾曲部15の湾曲角度θに応じて、さらに、処置具6がいずれのチャネル5A,5Bに挿入されているかに応じて、適切なFFゲインは異なる。   Here, the variation in the responsiveness of the treatment instrument 6 described above also depends on the bending angle θ of the bending portion 15 and the bending radius R of each of the channels 5A and 5B. For example, as shown in FIG. 12, when the bending portion 15 is curved such that the first channel 5A is positioned on the outer peripheral side, the bending radius R1 of the first channel 5A and the second channel 5B The bending radii are different from each other and R1> R2. Therefore, the appropriate FF gain varies depending on the bending angle θ of the bending portion 15 and further on which channel 5A, 5B the treatment instrument 6 is inserted.

本実施形態によれば、FFゲインK+fθ+fを、さらに、湾曲部15の湾曲角度θおよびチャネル5A,5Bの曲げ半径Rにも応じて設定することによって、湾曲部15の湾曲角度θと曲げ半径Rの違いに起因する処置具6の動作の応答性のばらつきもさらに補償される。これにより、第2の実施形態の効果に加えて、いずれの湾曲角度θの下で処置具6を使用しても、常に良好かつ同一の処置具6の進退動作および回転動作の応答性を得ることができるという利点がある。 According to the present embodiment, the FF gain K i + f θ + f R is further set according to the bending angle θ of the bending portion 15 and the bending radius R of the channels 5A and 5B, whereby the bending angle of the bending portion 15 is set. Variations in the responsiveness of the operation of the treatment tool 6 due to the difference between θ and the bending radius R are further compensated. As a result, in addition to the effects of the second embodiment, even when the treatment instrument 6 is used under any bending angle θ, the responsiveness of the forward / backward movement and the rotation operation of the same treatment instrument 6 is always obtained. There is an advantage that you can.

なお、本実施形態においては、湾曲部15の湾曲方向にもさらに応じて、FFゲインを設定してもよい。
例えば、湾曲部15が、左側に湾曲しているとき(すなわち、−90°≦θ≦0°)と、湾曲部15が、右側に湾曲しているとき(すなわち、0≦θ≦90°)とで、異なる関数fθが別々に設定されていてもよい。
In the present embodiment, the FF gain may be set according to the bending direction of the bending portion 15.
For example, when the bending portion 15 is bent to the left (that is, −90 ° ≦ θ ≦ 0 °) and when the bending portion 15 is bent to the right (that is, 0 ≦ θ ≦ 90 °). And different functions may be set separately.

図13に示されるように、湾曲部15が左側に湾曲しているときと、湾曲部15が右側に湾曲しているときとで、各チャネル5A,5Bの曲げ半径R(R1,R2)は異なる。そこで、関数fθを湾曲部15の湾曲方向毎に設定し、図11に示されるFFゲインを、下式のように変形してもよい。ここで、Kは、K、K、KまたはKである。
FFゲイン(左側) = K + fθ_LEFT + f
FFゲイン(右側) = K + fθ_RIGHT + f
このようにすることで、処置具6の応答性をさらに向上することができる。
As shown in FIG. 13, the bending radius R (R1, R2) of each channel 5A, 5B is different between when the bending portion 15 is bent to the left side and when the bending portion 15 is bent to the right side. Different. Therefore, the function may be set for each bending direction of the bending portion 15, and the FF gain shown in FIG. 11 may be modified as the following equation. Here, K is K 1 , K 2 , K 3 or K 4 .
FF gain (left side) = K + f θ_LEFT + f R
FF gain (right side) = K + f θ_RIGHT + f R
By doing in this way, the responsiveness of the treatment tool 6 can further be improved.

また、本実施形態においては、湾曲部15のLR方向およびUD方向の両方の湾曲角度を補償値に反映し、図11に示されるFFゲインを、下式のように変形してもよい。ここで、fθ_LRは、湾曲部15のLR方向の湾曲角度θLRの関数であり、fR_LRは、湾曲角度θLRにおけるLR平面内の各チャネル5A,5Bの曲げ半径の関数であり、fθ_UDは、湾曲部15のUD方向の湾曲角度θUDの関数であり、fR_UDは、湾曲角度θUDにおけるUD平面内の各チャネル5A,5Bの曲げ半径の関数である。
FFゲイン = K + fθ_LR + fR_LR + fθ_UD + fR_UD
Further, in the present embodiment, the FF gain shown in FIG. 11 may be modified as shown in the following equation by reflecting both the LR and UD bending angles of the bending portion 15 in the compensation value. Here, f θ_LR is a function of the bending angle θ LR of the bending portion 15 in the LR direction, f R_LR is a function of the bending radius of each channel 5A, 5B in the LR plane at the bending angle θ LR , and f θ_UD is a function of the bending angle θ UD of the bending portion 15 in the UD direction, and f R_UD is a function of the bending radius of each of the channels 5A and 5B in the UD plane at the bending angle θ UD .
FF gain = K + f θ_LR + f R_LR + f θ_UD + f R_UD

湾曲部15を、LR方向およびUD方向の両方に湾曲させた状態において、チャネル5A,5Bの湾曲形状は、湾曲部15のLR方向の湾曲角度と、湾曲部15のUD方向の湾曲角度の両方の影響を受ける。したがって、上記の式を使用することによって、処置具6の応答性をさらに向上することができる。   In a state in which the bending portion 15 is bent in both the LR direction and the UD direction, the bending shapes of the channels 5A and 5B are both the bending angle of the bending portion 15 in the LR direction and the bending angle of the bending portion 15 in the UD direction. Affected by. Therefore, the responsiveness of the treatment tool 6 can be further improved by using the above formula.

また、本実施形態においては、関数fθ_LR,fR_LR,fθ_UD,fR_UDをチャネル5A,5B毎に最適な設定し、図11に示されるFFゲインを、下式のように変形してもよい。
FFゲイン(第1のチャネル)
= K + fθ_LR1 + fR_LR1 + fθ_UD1 + fR_UD1
FFゲイン(第2のチャネル)
= K + fθ_LR2 + fR_LR2 + fθ_UD2 + fR_UD2
Further, in the present embodiment, the functions fθ_LR , fR_LR , fθ_UD , and fR_UD are optimally set for each of the channels 5A and 5B, and the FF gain shown in FIG. 11 is modified as shown in the following equation. Good.
FF gain (first channel)
= K + f θ_LR1 + f R_LR1 + f θ_UD1 + f R_UD1
FF gain (second channel)
= K + f θ_LR2 + f R_LR2 + f θ_UD2 + f R_UD2

図14に示されるように、チャネル5A,5Bの配列方向が、湾曲部15の湾曲方向(LR方向およびUD方向)に対して傾いている場合、湾曲部15の湾曲角度θ LR ,θUDと、各チャネル5A,5BのLR方向およびUD方向の曲げ半径Rとの対応関係が異なる。したがって、上記の式を使用することによって、処置具6の応答性をさらに向上することができる。 As shown in FIG. 14, when the arrangement direction of the channels 5A and 5B is inclined with respect to the bending direction (LR direction and UD direction) of the bending portion 15, the bending angles θ LR and θ UD of the bending portion 15 The correspondence relationship between the bend radii R in the LR direction and the UD direction of the channels 5A and 5B is different. Therefore, the responsiveness of the treatment tool 6 can be further improved by using the above formula.

(第4の実施形態)
次に、本発明の第4の実施形態に係るマニピュレータシステム400について図15から図17を参照して説明する。
本実施形態に係るマニピュレータシステム400は、図15に示されるように、第3の実施形態のマニピュレータシステム300に、軟性部14の湾曲形状を検出する軟性部形状検出部25をさらに設けたものである。したがって、本実施形態においては、軟性部形状検出部25について主に説明し、第1から第3の実施形態と共通する構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
(Fourth embodiment)
Next, a manipulator system 400 according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 15 to 17.
As shown in FIG. 15, the manipulator system 400 according to the present embodiment further includes a soft part shape detection unit 25 that detects the curved shape of the soft part 14 in the manipulator system 300 according to the third embodiment. is there. Therefore, in this embodiment, the soft part shape detection part 25 is mainly demonstrated, about the structure which is common in the 1st to 3rd embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.

軟性部形状検出部25は、上述した内視鏡挿入形状観測装置を備えている。すなわち、軟性部形状検出部25は、軟性部14の長手方向に異なる位置に内蔵された複数個の磁気コイルが発生する磁気を受信し、受信した磁気から各磁気コイルの位置を演算し、得られた磁気コイルの位置を滑らかな曲線で結ぶことによって、軟性部14の湾曲形状を取得する。   The flexible part shape detection unit 25 includes the endoscope insertion shape observation device described above. That is, the soft part shape detection unit 25 receives magnetism generated by a plurality of magnetic coils built in different positions in the longitudinal direction of the soft part 14, and calculates the position of each magnetic coil from the received magnetism. The curved shape of the flexible portion 14 is acquired by connecting the positions of the magnetic coils obtained with a smooth curve.

次に、軟性部形状検出部25は、内視鏡挿入形状観測装置によって取得された軟性部14の湾曲形状から以下の手順に従って軟性部14の全体の湾曲量を示す特徴量kを算出する。まず、軟性部形状検出部25は、図16(a),(b)に示されるように、軟性部14を長手方向に微小区間Δdに分割し、各微小区間Δdについて、曲げ半径rおよび曲げ角度Δφを測定する。軟性部形状検出部25は、微小区間Δdの特徴量Δkと、曲げ半径rおよび曲げ角度Δφとの関係を定義する関数を保持している。この関数は、軟性部14が直線状に延びているとき(すなわち、r=∞かつ曲げ角度Δφ=0のとき)に特徴量Δkがゼロになり、曲げ半径rが小さい程、また、曲げ角度Δφが大きい程、特徴量Δkが大きくなるように、設定されている。この関数に曲げ半径rおよび曲げ角度Δφを代入することによって、各微小区間Δdについての特徴量Δkが得られる。そして、軟性部14の全長にわたって特徴量Δkを積分することによって、軟性部14全体の湾曲形状の湾曲量を表わす特徴量kが算出される。図16(a)において、符号Xは、挿入部5が挿入される大腸を示している。   Next, the soft part shape detection unit 25 calculates a feature amount k indicating the entire bending amount of the soft part 14 from the curved shape of the soft part 14 acquired by the endoscope insertion shape observation device according to the following procedure. First, as shown in FIGS. 16A and 16B, the soft part shape detection unit 25 divides the soft part 14 into the minute sections Δd in the longitudinal direction, and the bending radius r and the bending for each minute section Δd. The angle Δφ is measured. The soft part shape detection unit 25 holds a function that defines the relationship between the feature amount Δk of the minute section Δd, the bending radius r, and the bending angle Δφ. This function is obtained when the soft portion 14 extends linearly (that is, when r = ∞ and the bending angle Δφ = 0), the feature amount Δk becomes zero, and the bending radius r decreases as the bending radius r decreases. The characteristic amount Δk is set to be larger as Δφ is larger. By substituting the bending radius r and the bending angle Δφ into this function, the feature amount Δk for each minute section Δd can be obtained. Then, by integrating the feature amount Δk over the entire length of the soft portion 14, a feature amount k representing the bending amount of the curved shape of the entire soft portion 14 is calculated. In FIG. 16A, the symbol X indicates the large intestine into which the insertion portion 5 is inserted.

本実施形態において、制御部3は、図17に示されるように、チャネル5A,5Bおよび処置具6と、FFゲインK+fθ+f+g(ただし、i=1,2,3,4)とを対応付けたテーブルを有している。FFゲインは、さらに軟性部14の特徴量kの関数gとして定義されている。制御部3は、第2の実施形態で説明したように、4つのFFゲインK+fθ+f+gの中から1つを選択し、選択したFFゲインの各関数fθ,f,gに、湾曲角度θおよび曲げ半径Rと、さらに軟性部形状検出部25から受信した特徴量kとを代入することによって、FFゲインの値を算出する。 In the present embodiment, as shown in FIG. 17, the control unit 3 includes channels 5A and 5B and a treatment instrument 6 and an FF gain K i + f θ + f R + g k (where i = 1, 2, 3, 4 ) Are associated with each other. The FF gain is further defined as a function g k of the feature quantity k of the soft part 14. As described in the second embodiment, the control unit 3 selects one of the four FF gains K i + f θ + f R + g k and each function f θ , f R , The value of the FF gain is calculated by substituting the bending angle θ and the bending radius R and the feature quantity k received from the soft part shape detection unit 25 into g k .

次に、このように構成されたマニピュレータシステム400の作用について説明する。
基本手順は、第1の実施形態と同様である。本実施形態に係るマニピュレータシステム400は、FFゲインの設定方法が、第1から第3の実施形態とは異なる。
Next, the operation of the manipulator system 400 configured as described above will be described.
The basic procedure is the same as in the first embodiment. The manipulator system 400 according to the present embodiment is different from the first to third embodiments in the FF gain setting method.

第2の実施形態において説明したように、制御部3は、処置具6と、当該処置具6が挿入されているチャネル5Aまたは5Bとの組み合わせに応じて、FFゲインK+fθ+f+gを選択する。この後、マスタアーム9に処置具6に対する操作が入力されると、制御部3は、さらに軟性部形状検出部25から特徴量kを受信し、受信した特徴量kと、上述した湾曲角度θおよび曲げ半径Rとを用いてFFゲインの値を算出し、算出された値を進退制御信号および回転制御信号に乗算し、増幅されたこれら制御信号を処置具駆動部13に送信する。 As described in the second embodiment, the control unit 3 determines the FF gain K i + f θ + f R + g according to the combination of the treatment instrument 6 and the channel 5A or 5B in which the treatment instrument 6 is inserted. Select k . Thereafter, when an operation on the treatment instrument 6 is input to the master arm 9, the control unit 3 further receives the feature quantity k from the soft part shape detection unit 25, and the received feature quantity k and the above-described bending angle θ. Then, the value of the FF gain is calculated using the bending radius R, the calculated value is multiplied by the advance / retreat control signal and the rotation control signal, and these amplified control signals are transmitted to the treatment instrument drive unit 13.

ここで、上述した処置具6の応答性のばらつきは、さらに軟性部14の湾曲形状にも依存する。例えば、軟性部14が直線状に延びているときよりも、軟性部14が湾曲しているときの方が、処置具6の動作の応答性は低い。このような処置具6の動作の応答性の低下およびばらつきは、軟性部14の湾曲形状に応じて、チャネル5A,5B内の処置具6の本体18に生じる摩擦や弛みが異なることに起因する。   Here, the variation in the responsiveness of the treatment instrument 6 described above further depends on the curved shape of the flexible portion 14. For example, the responsiveness of the operation of the treatment instrument 6 is lower when the flexible portion 14 is curved than when the flexible portion 14 extends linearly. Such a decrease and variation in the responsiveness of the operation of the treatment instrument 6 is caused by the difference in the friction and looseness generated in the main body 18 of the treatment instrument 6 in the channels 5A and 5B depending on the curved shape of the flexible portion 14. .

本実施形態によれば、FFゲインK+fθ+f+gを、さらに、軟性部14の湾曲形状に応じて設定することによって、軟性部14の湾曲形状の違いに起因する処置具6の動作の応答性のばらつきもさらに補償される。これにより、第3の実施形態の効果に加えて、軟性部14のいずれの湾曲形状の下で処置具6を使用しても、常に良好かつ同一の処置具6の進退動作および回転動作の応答性を得ることができるという利点がある。 According to the present embodiment, the FF gain K i + f θ + f R + g k is further set in accordance with the curved shape of the flexible portion 14, whereby the treatment tool 6 caused by the difference in the curved shape of the flexible portion 14 is set. Variations in operation responsiveness are further compensated. Thereby, in addition to the effect of 3rd Embodiment, even if it uses the treatment tool 6 under any curved shape of the soft part 14, the response of the forward / backward movement and rotation operation of the same treatment tool 6 is always good. There is an advantage that can be obtained.

なお、本実施形態においては、チャネル5A,5Bを構成するチューブが、挿入部5内において径方向の位置を固定されていることが好ましい。
もし、軟性部14および湾曲部15の内部においてチューブが径方向に移動自在であった場合、軟性部14および湾曲部15の湾曲形状が同一であったとしても、最適な補償値が異なる可能性がある。これは、チューブの経路にばらつきが生じることによって、処置具6の本体18に発生する摩擦や弛みが異なる可能性があるためである。
In the present embodiment, it is preferable that the tubes constituting the channels 5 </ b> A and 5 </ b> B have a fixed radial position in the insertion portion 5.
If the tube is movable in the radial direction inside the flexible portion 14 and the bending portion 15, even if the bending shapes of the flexible portion 14 and the bending portion 15 are the same, the optimum compensation value may be different. There is. This is because the friction and looseness generated in the main body 18 of the treatment instrument 6 may vary due to variations in the tube path.

そこで、チューブの、挿入部5内における経路を規定することによって、軟性部14および湾曲部15の湾曲形状と処置具6の本体18の湾曲形状とが1対1で対応するので、補償値による、処置具6の応答性の低下およびばらつきの補償精度を向上することができる。   Therefore, by defining the path of the tube in the insertion portion 5, the curved shape of the flexible portion 14 and the curved portion 15 and the curved shape of the main body 18 of the treatment instrument 6 correspond one-to-one. The responsiveness of the treatment instrument 6 can be reduced and the compensation accuracy for variations can be improved.

(第5の実施形態)
次に、本発明の第5の実施形態に係るマニピュレータシステム500について図18および図19を参照して説明する。
本実施形態に係るマニピュレータシステム500は、図18に示されるように、第4の実施形態のマニピュレータシステム400に、挿入部5に挿入されている処置具6の取付ユニット20を識別することによって、処置具6の本体18の基端側の部分の湾曲形状を検出する体外部分形状検出部26をさらに設けたものである。したがって、本実施形態においては、体外部分形状検出部26について主に説明し、第1から第4の実施形態と共通する構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
(Fifth embodiment)
Next, a manipulator system 500 according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 18, the manipulator system 500 according to the present embodiment identifies the attachment unit 20 of the treatment instrument 6 inserted into the insertion unit 5 in the manipulator system 400 according to the fourth embodiment. An extracorporeal part shape detection unit 26 for detecting a curved shape of the proximal end portion of the main body 18 of the treatment tool 6 is further provided. Therefore, in the present embodiment, the extracorporeal part shape detection unit 26 will be mainly described, and the same components as those in the first to fourth embodiments will be denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.

体外部分形状検出部26は、本体18の、処置具用ポート17から挿入部5の外部に引き出されている基端側の部分(以下、この部分を処置具6の体外部分という。)の湾曲角度θexを検出する。 The extracorporeal part shape detection unit 26 is a curve of a base end side portion of the main body 18 that is pulled out from the treatment instrument port 17 to the outside of the insertion part 5 (hereinafter, this part is referred to as an extracorporeal part of the treatment instrument 6). The angle θex is detected.

処置具6が挿入されるチャネル5A,5Bに応じて、取付ユニット20が取り付けられる処置具取付部11A,11Bの位置が異なることに起因し、処置具6の体外部分の引き回し形状が異なる。また、この引き回し形状は、本体18の剛性や長さ寸法等にも応じて処置具6毎に異なる。体外部分の引き回し形状は、処置具取付部11A,11Bと、処置具6との組み合わせ毎にほぼ一定である。したがって、取付ユニット20を各処置具取付部11A,11Bに取り付けたときの各処置具6の体外部分の湾曲角度θexを測定することによって、処置具6および処置具取付部11A,11Bと、湾曲角度θexとを対応付けたテーブルを事前に取得しておく。そして、体外部分形状検出部26は、上述したチャネル5A,5Bと処置具6との識別情報に基づいてテーブルを参照することによって、湾曲角度θexを検出することができる。 Depending on the channels 5A and 5B into which the treatment tool 6 is inserted, the positions of the treatment tool attachment portions 11A and 11B to which the attachment unit 20 is attached are different, and the routing shape of the treatment tool 6 for the outside of the body is different. Further, the routing shape differs for each treatment instrument 6 depending on the rigidity and length of the main body 18. The drawing shape for the external body is almost constant for each combination of the treatment instrument attachment portions 11A and 11B and the treatment instrument 6. Therefore, by measuring the bending angle θ ex of the external body of each treatment instrument 6 when the attachment unit 20 is attached to each treatment instrument attachment section 11A, 11B, the treatment instrument 6 and the treatment instrument attachment sections 11A, 11B, A table in which the bending angle θ ex is associated is acquired in advance. The extracorporeal part shape detection unit 26 can detect the bending angle θ ex by referring to the table based on the identification information between the channels 5A and 5B and the treatment instrument 6 described above.

本実施形態において、制御部3は、図19に示されるように、チャネル5A,5Bおよび処置具6と、FFゲインK+fθ+f+g+hθex(ただし、i=1,2,3,4)とを対応付けたテーブルを有している。FFゲインは、さらに体外部分の湾曲角度θexの関数gとして定義されている。制御部3は、第2の実施形態で説明したように、4つのFFゲインK+fθ+f+g+hθexの中から1つを選択し、選択したFFゲインの各関数fθ,f,g,hθexに、湾曲角度θ、曲げ半径Rおよび特徴量kと、さらに体外部分形状検出部26から受信した湾曲角度θexとを代入することによって、FFゲインの値を算出する。 In the present embodiment, as shown in FIG. 19, the control unit 3 includes channels 5A and 5B and a treatment instrument 6 and an FF gain K i + f θ + f R + g k + h θex (where i = 1, 2, 3 , 4) are associated with each other. The FF gain is further defined as a function g k of the bending angle θ ex of the external part. As described in the second embodiment, the control unit 3 selects one of the four FF gains K i + f θ + f R + g k + h θex and functions f θ and f of the selected FF gain. The value of the FF gain is calculated by substituting the bending angle θ, the bending radius R, the feature amount k, and the bending angle θ ex received from the extracorporeal part shape detection unit 26 into R 1 , g k , h θex. .

次に、このように構成されたマニピュレータシステム500の作用について説明する。
基本手順は、第1の実施形態と同様である。本実施形態に係るマニピュレータシステム500は、FFゲインの設定方法が、第1から第4の実施形態とは異なる。
Next, the operation of the manipulator system 500 configured as described above will be described.
The basic procedure is the same as in the first embodiment. The manipulator system 500 according to the present embodiment is different from the first to fourth embodiments in the method of setting the FF gain.

第2の実施形態において説明したように、制御部3は、処置具6と、当該処置具6が挿入されているチャネル5Aまたは5Bとの組み合わせに応じて、FFゲインK+fθ+f+g+hθexを選択する。この後、マスタアーム9に処置具6に対する操作が入力されると、制御部3は、さらに体外部分形状検出部26から湾曲角度hθexを受信し、受信した湾曲角度hθexと、上述した湾曲角度θ、曲げ半径Rおよび特徴量kとを用いてFFゲインの値を算出し、算出された値を進退制御信号および回転制御信号に乗算し、増幅されたこれら制御信号を処置具駆動部13に送信する。 As described in the second embodiment, the control unit 3 determines the FF gain K i + f θ + f R + g according to the combination of the treatment instrument 6 and the channel 5A or 5B in which the treatment instrument 6 is inserted. k + h θex is selected. Thereafter, when an operation on the treatment instrument 6 is input to the master arm 9, the control unit 3 further receives the bending angle h θex from the extracorporeal part shape detection unit 26, and the received bending angle h θex and the above-described bending The value of the FF gain is calculated using the angle θ, the bending radius R, and the feature quantity k, the calculated value is multiplied by the advance / retreat control signal and the rotation control signal, and these amplified control signals are used as the treatment instrument driver 13. Send to.

ここで、上述した処置具6の応答性のばらつきは、さらに処置具6の体外部分の湾曲形状にも依存する。
本実施形態によれば、FFゲインK+fθ+f+g+hθexを、さらに、体外部分の湾曲角度θexにも応じて設定することによって、体外部分の湾曲角度θexの違いに起因する処置具6の動作の応答性のばらつきもさらに補償される。これにより、第4の実施形態の効果に加えて、いずれの体外部分の引き回し経路の下で処置具6を使用しても、常に良好かつ同一の処置具6の進退動作および回転動作の応答性を得ることができるという利点がある。
Here, the dispersion | variation in the responsiveness of the treatment tool 6 mentioned above further depends on the curved shape for the external part of the treatment tool 6.
According to this embodiment, the FF gain K i + f θ + f R + g k + h θex, further by setting even depending on the bending angle theta ex extracorporeal part, due to the difference of bending angle theta ex extracorporeal portion Variations in the responsiveness of the operation of the treatment instrument 6 to be performed are further compensated. Thereby, in addition to the effect of 4th Embodiment, even if it uses the treatment tool 6 under the routing path | route for any external body part, it is always favorable and the response property of the advancing / retreating operation and rotation operation of the same treatment tool 6 is good. There is an advantage that can be obtained.

(第6の実施形態)
次に、本発明の第6の実施形態に係るマニピュレータシステム600について図20から図22を参照して説明する。
本実施形態に係るマニピュレータシステム600は、図20に示されるように、第3の実施形態のマニピュレータシステム300に、さらに2つの湾曲部形状検出部242,243を設けたものである。したがって、本実施形態においては、湾曲部形状検出部242,243について主に説明し、第1から第5の実施形態と共通する構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
(Sixth embodiment)
Next, a manipulator system 600 according to a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 20, the manipulator system 600 according to the present embodiment is obtained by further providing two curved portion shape detection units 242 and 243 to the manipulator system 300 according to the third embodiment. Therefore, in the present embodiment, the bending portion shape detection units 242 and 243 will be mainly described, and the same reference numerals are given to the configurations common to the first to fifth embodiments, and description thereof will be omitted.

本実施形態において、挿入部5には、図21に示されるように、さらに2つの湾曲部152,153が設けられている。すなわち、挿入部5の先端から延びる2つのアーム部142,143が設けられ、各アーム部142,143は、先端部分に湾曲部152,153を有している。チャネル5A,5Bは、アーム部142,143の先端まで延びており、処置具6がアーム部142,143の先端から出没可能になっている。湾曲部152,153は、湾曲部15と同様に、各々に対して設けられた湾曲部駆動部(図示略)によって駆動される。
湾曲部形状検出部242,243はそれぞれ、第3の実施形態において説明した湾曲部形状検出部24と同様にして、湾曲部152,153の湾曲角度θ2,θ3を検出する。
In the present embodiment, the insertion portion 5 is further provided with two bending portions 152 and 153 as shown in FIG. That is, two arm portions 142 and 143 extending from the distal end of the insertion portion 5 are provided, and each arm portion 142 and 143 has a curved portion 152 and 153 at the distal end portion. The channels 5 </ b> A and 5 </ b> B extend to the distal ends of the arm portions 142 and 143, so that the treatment tool 6 can protrude and retract from the distal ends of the arm portions 142 and 143. Similarly to the bending portion 15, the bending portions 152 and 153 are driven by a bending portion driving portion (not shown) provided for each of the bending portions 152 and 153.
The bending portion shape detection units 242 and 243 respectively detect the bending angles θ2 and θ3 of the bending portions 152 and 153 in the same manner as the bending portion shape detection unit 24 described in the third embodiment.

本実施形態において、制御部3は、図22に示されるように、チャネル5A,5Bおよび処置具6と、FFゲインKi+fθ+fR+fθ2またはθ3+fR2またはR3(ただし、i=1,2,3,4)とを対応付けたテーブルを有している。ここで、fθ2またはθ3は、各湾曲部15’,15”の湾曲角度θ2またはθ3の関数であり、fR2またはR3は、各チャネル5A,5Bの、湾曲角度θ2またはθ3における曲げ半径R2またはR3の関数である。
制御部3は、さらに、FFゲインの各関数fθ2またはθ3fR2またはR3に、湾曲部形状検出部242,243から受信した湾曲角度θ2,θ3と、該湾曲角度θ2,θ3に対応する各チャネル5A,5Bの曲げ半径R2,R3とを代入することによって、FFゲインの値を算出する。
In the present embodiment, as shown in FIG. 22, the control unit 3 includes the channels 5A and 5B and the treatment instrument 6, and the FF gain Ki + fθ + fR + fθ2 or θ3 + fR2 or R3 (where i = 1, 2, 3, 4). It has an associated table. Here, fθ2 or θ3 is a function of the bending angle θ2 or θ3 of each bending portion 15 ′, 15 ″, and fR2 or R3 is the bending radius R2 or R3 of each channel 5A, 5B at the bending angle θ2 or θ3. Is a function of
The control unit 3 further adds the FF gain functions fθ2 or θ3 , fR2 or R3 to the bending angles θ2 and θ3 received from the bending portion shape detection units 242 and 243, and the channels corresponding to the bending angles θ2 and θ3. The value of the FF gain is calculated by substituting the bending radii R2 and R3 of 5A and 5B.

本実施形態に係るマニピュレータシステム600の作用は、FFゲインの値の算出に、処置具6が挿入されているアーム部142,143の湾曲部152,153の湾曲角度θ2,θ3と、曲げ半径R2,R3とをさらに用いることを除いて、第3の実施形態と同様である。
本実施形態によれば、軟性部14の先端に湾曲部152,153を有するアーム部142,143が接続され、チャネル5A,5Bが2箇所で湾曲する構成である場合に、両方の湾曲部15,152または15,153における湾曲角度および曲げ半径に応じてFFゲインを設定することによって、処置具6の動作の応答性のばらつきをさらら正確に補償することができるという利点がある。
The operation of the manipulator system 600 according to the present embodiment is to calculate the FF gain value by bending the bending angles θ2 and θ3 of the bending portions 152 and 153 of the arm portions 142 and 143 into which the treatment tool 6 is inserted, and the bending radius R2. , R3 are the same as in the third embodiment except that R3 and R3 are further used.
According to this embodiment, when the arm portions 142 and 143 having the curved portions 152 and 153 are connected to the distal end of the flexible portion 14 and the channels 5A and 5B are curved at two locations, both the curved portions 15 are provided. , 152 or 15, 153 is advantageous in that it is possible to more accurately compensate for variations in the responsiveness of the operation of the treatment instrument 6 by setting the FF gain according to the bending angle and the bending radius.

なお、上記各実施形態とその変形例においては、マニピュレータ1と操作入力部2とが別体であり、マニピュレータ1から離れた位置に配置された操作入力部2によってマニピュレータ1を遠隔操作する構成を例に挙げて説明したが、マニピュレータ1と操作入力部2の形態はこれに限定されるものではなく、例えば、マニピュレータ1の後端側に一体的に操作入力部2を配設してもよい。   In each of the above-described embodiments and modifications thereof, the manipulator 1 and the operation input unit 2 are separate, and the manipulator 1 is remotely operated by the operation input unit 2 arranged at a position away from the manipulator 1. Although described as an example, the form of the manipulator 1 and the operation input unit 2 is not limited to this. For example, the operation input unit 2 may be integrally disposed on the rear end side of the manipulator 1. .

1 スレーブマニピュレータ(マニピュレータ)
2 マスタ入力部(操作入力部)
3 制御部(補償値設定部)
4 スレーブアーム
5 挿入部
5A,5B チャネル
6 処置具
7 観察部材
8 表示部
9 マスタアーム
10 挿入部取付部
11A,11B 処置具取付部
12 湾曲部駆動部
12a モータ
13A,13B 処置具駆動部
13a,13b モータ
14 軟性部
15,152,153 湾曲部
15a,15b ワイヤ(線材)
16,20 取付ユニット
17 処置具用ポート
18 本体
19 処置部
22 使用チャネル検出部
23 処置具識別部
24,242,243 湾曲部形状検出部
25 軟性部形状検出部
26 体外部分形状検出部
80 手術台
100,200,300,400,500,600 マニピュレータシステム
142,143 アーム部
Op 術者(操作者)
1 Slave manipulator (manipulator)
2 Master input section (operation input section)
3 Control unit (compensation value setting unit)
4 Slave arm 5 Insertion part 5A, 5B Channel 6 Treatment tool 7 Observation member 8 Display part 9 Master arm 10 Insertion part attachment part 11A, 11B Treatment tool attachment part 12 Bending part drive part 12a Motor 13A, 13B Treatment tool drive part 13a, 13b Motor 14 Flexible part 15,152,153 Curved part 15a, 15b Wire (wire)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 16,20 Mounting unit 17 Treatment tool port 18 Main body 19 Treatment part 22 Use channel detection part 23 Treatment tool identification part 24,242,243 Curved part shape detection part 25 Soft part shape detection part 26 Extracorporeal part shape detection part 80 Operating table 100, 200, 300, 400, 500, 600 Manipulator system 142, 143 Arm unit Op Operator (operator)

Claims (9)

長手方向に貫通形成された複数のチャネルを有する細長い挿入部と、該挿入部の前記チャネル内に挿入される処置具と、前記チャネル内において前記処置具に進退および回転のうち少なくとも一方の動作をさせる処置具駆動部とを有するマニピュレータと、
前記処置具に対する操作指示が操作者によって入力される操作入力部と、
該操作入力部に入力された前記操作指示に従って、前記処置具駆動部を駆動させるための制御信号を生成する制御部と、
前記複数のチャネルのうち、前記処置具が挿入されているチャネルを検出する使用チャネル検出部と、
該使用チャネル検出部によって検出されたチャネルに基づいて、前記制御信号に対する補償値を設定する補償値設定部とを備え、
前記制御部が、前記制御信号を、前記補償値設定部によって設定された前記補償値を用いて補正し、補正された前記制御信号を前記処置具駆動部に送信するマニピュレータシステム。
An elongated insertion portion having a plurality of channels penetrating in the longitudinal direction, a treatment instrument inserted into the channel of the insertion portion, and at least one of advancing / retreating and rotation of the treatment instrument within the channel A manipulator having a treatment instrument drive unit
An operation input unit in which an operation instruction for the treatment instrument is input by an operator;
A control unit that generates a control signal for driving the treatment instrument drive unit in accordance with the operation instruction input to the operation input unit;
A use channel detector that detects a channel in which the treatment tool is inserted among the plurality of channels;
A compensation value setting unit that sets a compensation value for the control signal based on the channel detected by the used channel detection unit;
The manipulator system in which the control unit corrects the control signal using the compensation value set by the compensation value setting unit, and transmits the corrected control signal to the treatment instrument driving unit.
各前記チャネル内に挿入されている前記処置具を識別する処置具識別部を備え、
前記補償値設定部が、前記処置具識別部によって識別された処置具の力学的特性にさらに基づいて、各前記補償値を設定する請求項1に記載のマニピュレータシステム。
A treatment instrument identification unit for identifying the treatment instrument inserted in each channel;
The manipulator system according to claim 1, wherein the compensation value setting unit sets each compensation value further based on a mechanical characteristic of the treatment instrument identified by the treatment instrument identification unit.
前記挿入部が、可撓性を有する細長い軟性部と、該軟性部の先端側に設けられた湾曲可能な湾曲部とを備え、
該湾曲部の湾曲形状を検出する湾曲部形状検出部を備え、
前記補償値設定部が、前記湾曲部形状検出部によって検出された前記湾曲部の湾曲形状にさらに基づいて、各前記補償値を設定する請求項1または請求項2に記載のマニピュレータシステム。
The insertion portion includes a flexible and long flexible portion, and a bendable bending portion provided on the distal end side of the flexible portion,
A bending portion shape detection unit for detecting the bending shape of the bending portion;
3. The manipulator system according to claim 1, wherein the compensation value setting unit sets each of the compensation values further based on a bending shape of the bending portion detected by the bending portion shape detection unit.
前記挿入部が、可撓性を有する細長い軟性部と、該軟性部の先端側に設けられた湾曲可能な湾曲部とを備え、
前記軟性部の湾曲形状を検出する軟性部形状検出部を備え、
前記補償値設定部が、前記軟性部形状検出部によって検出された前記軟性部の湾曲形状にさらに基づいて、各前記補償値を設定する請求項1から請求項3のいずれかに記載のマニピュレータシステム。
The insertion portion includes a flexible and long flexible portion, and a bendable bending portion provided on the distal end side of the flexible portion,
A soft part shape detection unit for detecting the curved shape of the soft part;
The manipulator system according to any one of claims 1 to 3, wherein the compensation value setting unit sets each compensation value further based on a curved shape of the soft part detected by the soft part shape detection unit. .
前記処置具の、前記挿入部から外部に引き出された基端側の部分の湾曲形状を検出する体外部分形状検出部を備え、
前記補償値設定部が、前記体外部分形状検出部によって検出された前記処置具の基端側の部分の湾曲形状にさらに基づいて、各前記補償値を設定する請求項1から請求項4のいずれかに記載のマニピュレータシステム。
An external body shape detecting unit for detecting a curved shape of a proximal end portion of the treatment instrument drawn out from the insertion portion;
The said compensation value setting part sets each said compensation value further based on the curved shape of the part of the base end side of the said treatment tool detected by the said external body part shape detection part. Crab manipulator system.
前記チャネルが、前記挿入部内に長手方向に沿って配置されたチューブからなり、
該チューブは、前記挿入部内における径方向の位置が固定されている請求項1から請求項5のいずれかに記載のマニピュレータシステム。
The channel comprises a tube disposed longitudinally within the insertion portion;
The manipulator system according to any one of claims 1 to 5, wherein the tube is fixed at a radial position in the insertion portion.
前記制御部が、前記処置具駆動部をフィードフォワード制御し、
前記補償値設定部は、前記制御部が前記フィードフォワード制御に用いるゲインを前記補償値として設定する請求項1から請求項6のいずれかに記載のマニピュレータシステム。
The control unit feedforward-controls the treatment instrument driving unit,
The manipulator system according to any one of claims 1 to 6, wherein the compensation value setting unit sets a gain used by the control unit for the feedforward control as the compensation value.
前記制御部が、前記処置具駆動部をフィードバック制御し、
前記補償値設定部は、前記制御部がフィードバック制御に用いるゲインを前記補償値として設定する請求項1から請求項6のいずれかに記載のマニピュレータシステム。
The control unit feedback-controls the treatment instrument drive unit,
The manipulator system according to any one of claims 1 to 6, wherein the compensation value setting unit sets a gain used by the control unit for feedback control as the compensation value.
前記制御部が、オフセット信号を重畳した前記制御信号を前記処置具駆動部に送信し、
前記補償値設定部は、前記処置具の動作の方向が逆方向に切り替わるときに符号が反転する前記オフセット信号を各前記補償値として設定する請求項1から請求項6のいずれかに記載のマニピュレータシステム。
The control unit transmits the control signal superimposed with an offset signal to the treatment instrument driving unit,
7. The manipulator according to claim 1, wherein the compensation value setting unit sets, as each compensation value, the offset signal whose sign is inverted when the direction of operation of the treatment instrument is switched in the reverse direction. 8. system.
JP2013155882A 2013-07-26 2013-07-26 Manipulator system Active JP6027947B2 (en)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013155882A JP6027947B2 (en) 2013-07-26 2013-07-26 Manipulator system
EP14830359.7A EP3025675B1 (en) 2013-07-26 2014-07-15 Manipulator system
PCT/JP2014/068754 WO2015012150A1 (en) 2013-07-26 2014-07-15 Manipulator system
CN201480041043.2A CN105392442B (en) 2013-07-26 2014-07-15 Arm-and-hand system
US15/001,509 US20160135662A1 (en) 2013-07-26 2016-01-20 Manipulator system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013155882A JP6027947B2 (en) 2013-07-26 2013-07-26 Manipulator system

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2015024033A JP2015024033A (en) 2015-02-05
JP2015024033A5 JP2015024033A5 (en) 2016-03-10
JP6027947B2 true JP6027947B2 (en) 2016-11-16

Family

ID=52393194

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013155882A Active JP6027947B2 (en) 2013-07-26 2013-07-26 Manipulator system

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20160135662A1 (en)
EP (1) EP3025675B1 (en)
JP (1) JP6027947B2 (en)
CN (1) CN105392442B (en)
WO (1) WO2015012150A1 (en)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107205791B (en) * 2015-02-26 2019-10-18 奥林巴斯株式会社 Outer tube and medical manipulator system
SG11201707729QA (en) * 2015-03-19 2017-10-30 Endomaster Pte Ltd An enhanced flexible robotic endoscopy apparatus
WO2016162947A1 (en) * 2015-04-07 2016-10-13 オリンパス株式会社 Insertion/extraction device, direct-manipulation estimation method for insertion unit, and direct-manipulation estimation program for insertion unit
EP3320873A4 (en) * 2015-07-09 2019-01-30 Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha Surgical robot
CN113456224A (en) * 2016-03-17 2021-10-01 直观外科手术操作公司 System and method for instrument insertion control
WO2018105001A1 (en) * 2016-12-05 2018-06-14 オリンパス株式会社 Flexible manipulator
WO2018122993A1 (en) 2016-12-28 2018-07-05 オリンパス株式会社 Medical system, medical overtube, and medical device adapter
WO2019207674A1 (en) * 2018-04-25 2019-10-31 オリンパス株式会社 Driving device and medical manipulator
US11426059B2 (en) * 2018-06-02 2022-08-30 Ankon Medical Technologies (Shanghai) Co., Ltd. Control system for capsule endoscope

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10820949B2 (en) * 1999-04-07 2020-11-03 Intuitive Surgical Operations, Inc. Medical robotic system with dynamically adjustable slave manipulator characteristics
JP3973504B2 (en) * 2002-07-15 2007-09-12 株式会社日立製作所 Tow positioning device
US8753262B2 (en) * 2003-07-29 2014-06-17 Hoya Corporation Internal treatment apparatus having circumferential side holes
JP4694280B2 (en) * 2005-06-16 2011-06-08 Hoya株式会社 Light source device for electronic endoscope and electronic endoscope device
JP4728075B2 (en) * 2005-09-28 2011-07-20 オリンパスメディカルシステムズ株式会社 Endoscope system
US7918783B2 (en) * 2006-03-22 2011-04-05 Boston Scientific Scimed, Inc. Endoscope working channel with multiple functionality
JP4891823B2 (en) * 2007-03-29 2012-03-07 オリンパスメディカルシステムズ株式会社 Endoscope device
US9089256B2 (en) * 2008-06-27 2015-07-28 Intuitive Surgical Operations, Inc. Medical robotic system providing an auxiliary view including range of motion limitations for articulatable instruments extending out of a distal end of an entry guide
US8083669B2 (en) * 2007-06-22 2011-12-27 Olympus Medical Systems Corp. Medical device for maintaining state of treatment portion
JP4580973B2 (en) * 2007-11-29 2010-11-17 オリンパスメディカルシステムズ株式会社 Treatment instrument system
JP5295555B2 (en) * 2007-12-10 2013-09-18 オリンパスメディカルシステムズ株式会社 Endoscope system
JP4672031B2 (en) * 2008-01-31 2011-04-20 オリンパスメディカルシステムズ株式会社 Medical instruments
EP2517613B1 (en) * 2010-03-17 2016-10-19 Olympus Corporation Endoscope system
JP5085684B2 (en) * 2010-05-19 2012-11-28 オリンパスメディカルシステムズ株式会社 Treatment instrument system and manipulator system
JP5973727B2 (en) * 2011-12-28 2016-08-23 オリンパス株式会社 Stereoscopic endoscope apparatus, stereoscopic endoscope system, and stereoscopic endoscope robot
JP6116426B2 (en) * 2013-07-25 2017-04-19 オリンパス株式会社 Manipulator system

Also Published As

Publication number Publication date
JP2015024033A (en) 2015-02-05
EP3025675A4 (en) 2017-05-17
EP3025675B1 (en) 2018-10-03
CN105392442A (en) 2016-03-09
WO2015012150A1 (en) 2015-01-29
US20160135662A1 (en) 2016-05-19
EP3025675A1 (en) 2016-06-01
CN105392442B (en) 2017-11-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6027947B2 (en) Manipulator system
JP6116426B2 (en) Manipulator system
US11684758B2 (en) Catheter with removable vision probe
JP6037964B2 (en) Manipulator system
US10568700B2 (en) Catheter sensor systems
EP2766083B1 (en) Catheter systems
JP5932172B2 (en) Endoscope system
JP5443801B2 (en) Tension detection means and manipulator using the same
JP6329528B2 (en) Treatment tool
EP2873362B1 (en) Insertion device
CN108697485B (en) Manipulator system
WO2019207674A1 (en) Driving device and medical manipulator

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20151014

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160121

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20160920

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20161017

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6027947

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250